Планирование локальной сети организации

Ее основными достоинствами являются:

                       увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

                       сохранение метода случайного доступа CSMA/CD;

                       звездообразная топология сети;

                       поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары (категория 3 и выше) и оптоволоконного кабеля.

Стандарт Fast Ethernet определяет три типа среды передачи сигналов Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.

                       100Base-TX — две витые пары проводов. Передача осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в витой физической среде, разработанным ANSI (American National Standards Institute — Американский национальный институт стандартов). Витой кабель для передачи данных может быть экранированным, либо неэкранированным. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования MLT-3.

                       100Base-FX — две жилы, волоконно-оптического кабеля. Передача также осуществляется в соответствии со стандартом передачи данных в волоконно-оптической среде, которой разработан ANSI. Использует алгоритм кодирования данных 4В/5В и метод физического кодирования NRZI.

                       100Base-T4 — это особая спецификация, разработанная комитетом IEEE 802.3u . Согласно этой спецификации, передача данных осуществляется по четырем витым парам телефонного кабеля, который называют кабелем UTP категории 3. Использует алгоритм кодирования данных 8В/6Т и метод физического кодирования NRZI.

В ООО «РосСпортМедПроект» используется 100BASE-TX.

Схема объединения компьютеров в сеть 100BASE-TX практически ничем не отличается от схемы в случае 10BASE-T на Рисунке 4.1. Однако в этом случае необходимо применение кабелей с не экранированными витыми парами (UTP) категории 5 или выше.

Для присоединения кабелей так же, как и в случае 10BASE-T, используются 8-контактные разъемы типа RJ-45. Но эти разъемы (категории 5) несколько отличаются от разъемов категории 3. Как и для 10BASE-T, длина кабеля не может превышать 100 м, используется топология «пассивная звезда» с концентратором в центре. Только сетевые адаптеры должны быть Fast Ethernet, и концентратор должен быть рассчитан на подключение сегментов 100BASE-TX. Именно поэтому рекомендуется при установке сети 10BASE-T сразу же прокладывать кабель категории 5. Между адаптерами и кабелями сети могут включаться выносные трансиверы.

Для контроля целостности сети в 100BASE-TX предусмотрена передача в интервалах между сетевыми пакетами специальных сигналов (FLP — Fast Link Pulse), выполняющих также функцию автоматического согласования скорости передачи аппаратных средств (Auto-Negotiation).

              Средой  передачи информации называются те линии  связи (или каналы связи), по которым  производится обмен информацией  между компьютерами. В подавляющем  большинстве компьютерных сетей (особенно локальных) используются проводные  или кабельные каналы связи, хотя существуют и беспроводные сети.

      Информация  в  локальных сетях чаще всего  передается в последовательном коде, то есть бит за битом. Понятно, что  такая передача медленнее и сложнее, чем при использовании параллельного  кода. Однако надо учитывать то, что при более быстрой параллельной передаче увеличивается количество соединительных кабелей в число раз, равное количеству разрядов параллельного кода (например, в 8 раз при 8-разрядном коде). При значительных расстояниях между абонентами сети стоимость кабеля может быть вполне сравнима со стоимостью компьютеров и даже превосходить ее. К тому же проложить один кабель (реже два разнонаправленных) гораздо проще, чем 8,16 или 32. Значительно дешевле обойдется также поиск повреждений и ремонт кабеля.

        Передача на большие расстояния при любом типе кабеля требует сложной передающей и приемной аппаратуры: для этого надо формировать мощный сигнал на передающем конце и детектировать слабый сигнал на приемном конце. При последовательной передаче для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же передаче количество передатчиков и приемников возрастает пропорционально разрядности используемого параллельного кода. Поэтому даже при разработке сети незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего все равно выбирают последовательную передачу.

      При параллельной передаче чрезвычайно важно, чтобы длины отдельных кабелей были точно равны друг другу, иначе в результате прохождения по кабелям разной длины между сигналами на приемном конце образуется временной сдвиг, который может привести к сбоям в работе или даже к полной неработоспособности сети. Например, при скорости передачи 100 Мбит/с и длительности бита 10 нс этот временной сдвиг не должен превышать 5-10 нс. Такую величину сдвига дает разница в длинах кабелей в 1-2 метра. При длине кабеля 1000 метров это составляет 0,1-0,2%.

      В некоторых высокоскоростных локальных сетях используют параллельную передачу по 2-4 кабелям, что позволяет при заданной скорости передачи применять более дешевые кабели с меньшей полосой пропускания, но допустимая длина кабелей при этом не превышает сотни метров. Прильная фирма Belden предлагает более 2000 их наименований. 

        Все выпускаемые кабели можно  разделить на три большие группы:

1.      кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые делятся на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP);

2.      коаксиальные кабели (coaxial cable);

3.      оптоволоконные кабели (fiber optic).

     Каждый  тип кабеля имеет свои преимущества и недостатки, так что при выборе типа кабеля надо учитывать как особенности  решаемой задачи, так и особенности  конкретной сети, в том числе и  используемую топологию (Таблица6). В настоящее время действует стандарт на кабели EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard), принятый в 1995 году и заменивший все действовавшие ранее фирменные стандарты.

1.1.4. Метод доступа

              Метод доступа — это набор правил, которые определяют, как компьютер должен отправлять и принимать данные по сетевому кабелю. 

Обычно несколько компьютеров в сети имеют совместный доступ к кабелю. Однако если два компьютера пытаются предавать данные одновременно, их пакеты “столкнутся” и будут испорчены – возникает так называемая коллизия.

              Все сетевые компьютеры должны использовать один и тот же метод доступа, иначе произойдет сбой сети, когда отдельные компьютеры, чьи методы будут доминировать, не позволят остальным осуществить передачу.

Методы доступа служат для предотвращения одновременного доступа к кабелю нескольких компьютеров, упорядочивая передачу и прием данных по сети и гарантируя, что в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные.

Метод доступа CSMA/CD

              При множественном доступе с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD) все компьютеры в сети - и клиенты, и серверы - «прослушивают» кабель, стремясь обнаружить передаваемые данные (т. е. трафик).

              Компьютер «понимает», что кабель свободен (трафик отсутствует). (Проверка линии - несущая отсутствует. Можно передавать). Компьютер может начать передачу данных. (Передача). Пока кабель не освободится (в течение всей передачи данных), ни один из сетевых компьютеров не может вести передачу. (Проверка линии - несущая зафиксирована. Передавать нельзя. Ожидание).

              Итак, если два (или более) компьютера попытаются передавать данные одновременно, это приведет к коллизии. Тогда эти компьютеры приостанавливают передачу на случайный интервал времени, а затем вновь стараются «наладить» связь.

              Название этого метода доступа раскрывает его суть. Компьютеры как бы «прослушивают» кабель, отсюда - контроль несущей. Чаще всего сразу несколько компьютеров в сети «хотят» передать данные, отсюда - множественный доступ. Передавая данные, компьютеры «прослушивают» кабель, чтобы, обнаружив коллизии, некоторое время переждать, а затем возобновить передачу, отсюда - обнаружение коллизий.

              В то же время способность обнаруживать коллизии ограничивает область действия самого CSMA/CD. При длине кабеля свыше 2500 м сигнал ослабевает, и механизм обнаружения коллизий становится неэффективен. Иными словами, если расстояние до передающего компьютера превышает это ограничение, некоторые компьютеры могут не «услышать» сигнал и начнут передачу данных, что приведет к коллизии и разрушению пакетов данных.

              CSMA/CD известен как состязательный метод, поскольку сетевые компьютеры «состязаются» (конкурируют) между собой за право передавать данные. Он кажется очень громоздким, но современные реализации CSMA/CD настолько быстры, что пользователи даже не замечают, что их сеть работает по состязательному методу доступа.

              Чем больше компьютеров в сети, тем интенсивнее сетевой трафик. При интенсивном трафике число коллизий возрастает, а это приводит к замедлению сети (уменьшению ее пропускной способности). Поэтому в некоторых ситуациях метод CSMA/CD может оказаться недостаточно быстрым.

1.1.5 Протоколы

               Протоколы  (protocols) – это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой связи. Протоколы - это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом.

              Данные, передаваемые из одной локальной  сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми (routable) протоколами.

              Выделим три основных момента, касающихся протоколов:

              Существует  множество протоколов. И хотя все  они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

              Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на Физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату сетевого адаптера и их поступление в сетевой кабель.

              Несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют стек, или набор, протоколов.

              Как сетевые функции распределены по всем уровням модели OSI, так и протоколы совместно работают на различных уровнях стека протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупности протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека. 

              Во внутренней организации сети ООО «РосСпортМедПроект» используется исключительно протокол TCP/IP, как самый стабильный и удобный протокол на данный момент. Он отвечает всем требованиям, выдвигаемым к протоколу передачи данных по локальной вычеслительной сети.

1.1.6. Маршрутизаторы

              Hub-ы, организующие рабочую группу, bridge-и, соединяющие два сегмента сети и локализующие трафик в пределах каждого из них, а также switch-и, позволяющие соединять несколько сегментов локальной вычислительной сети - это все устройства, предназначенные для работы в сетях IEEE 802.3 или Еthernet. Однако, существует особый тип оборудования, называемый маршрутизаторами (routегs), который применяется в сетях со сложной конфигурацией для связи ее участков с различными сетевыми протоколами (в том числе и для доступа к глобальным (WАN) сетям), а также для более эффективного разделения трафика и использования альтернативных путей между узлами сети. Основная цель применения роутеров - объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.

              Различные типы router-ов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования. Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управленияя трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring, FDDI, а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.

              Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути (при поддержке протокола IEEE 802.1 Spanning Тгее), когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP и OSPF. При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число "хопов" (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор маршрутизатора и предельно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком. При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат.