Проектирование компьютерной сети

 

 

1.1ЗАДАНИЕ НА ПРЕКТИРОВАНИЕ

 

 

В данной курсовой работе требуется:

Руководство некоммерческой организации (общественного фонда) решило произвести  компьютеризацию на рабочих местах персонала. В результате этого каждый сотрудник организации должен получить в пользование персональный компьютер, подключенный к компьютерной сети фирмы и имеющий выход  в сеть Интернет. В сети должен быть установлен сетевой принтер и сканер.

Каждое рабочее место должно оснащаться стандартным набором офисных программ.

Специфика организации требует использования двух веб-сайтов для введения баз данных удаленных клиентов. В сети должен быть установлен один сетевой принтер. Информация в общественном фонде не является конфиденциальной, поэтому ей может воспользоваться любой пользователь.

В общественном фонде работает 52 сотрудника, все кабинеты расположены на одном этаже. Размещение людей по кабинетам приведено на рисунке.

При необходимости любой кабинет можно освободить для установки серверов и размещения сетевого оборудования. При этом сотрудника надо перевести в другой кабинет.

Учесть, что длина здания составляет не менее 150 м., а ширина 40 м.

2. Анализ и выбор методов и средств создания компьютерной сети

2.1. Выбор топологии проектируемой сети

 

ВС состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть, широкомасштабная сеть, региональная сеть, локальная сеть.

Требования, предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяют географические масштабы ВС и скорости передачи данных.

Под локальной вычислительной сетью обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или в нескольких близко расположенных зданиях и принадлежащих одному предприятию. Сети связи ЛВС имеют в настоящее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 - 50км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).

На сегодняшний день используется несколько базовых технологий, на основе которых работает подавляющее большинство локальных современных сетей, – Ethernet, Token Ring, FDDI.

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. 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.

При подключении устройств к сети передачи данных используется 5 топологий:

• шина
• звезда
• кольцо
• ячеистая
• сотовая или концентрическая

Шина

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

В сети с топологией «шина» (рис.1.) компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов.

 

Рис.1. Топология «Шина»

 

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Так как кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;
• частота, с которой компьютеры передают данные;
• тип работающих сетевых приложений;
• тип сетевого кабеля;
• расстояние между компьютерами в сети.

Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Звезда

Концепция топологии сети в виде звезды (рис.2.) пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

 

Рис.2. Топология «Звезда»

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узел управления – файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Достоинства

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
• Хорошая масштабируемость сети;
• Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• Высокая производительность сети;
• Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

• Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;
• Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• Конечное число рабочих станций , т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Кольцо

При кольцевой топологии (рис.3.) сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

 

Рис.3. Топология «Кольцо»

 

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию). Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции.

Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий.

Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб».

 

 

2.2. Выбор стандарта проектируемой сети

 

Локальная сеть Token Ring. Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:

• устройства подключаются к сети по топологии кольцо;
• все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);
• в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.                                                                                                                   

Типы пакетов. В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

• пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame) - с помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети; 
• маркер (Token) - станция может начать передачу данных только после получения такого пакета. В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных;
• пакет сброса (Аbort) - посылка такого пакета вызывает прекращение любых передач.   В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.           Локальная сеть Arсnet

Arсnet (Attached Resource Computer NETWork ) - простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на Аrcnet приобрела корпорация SМС (Standard Microsistem Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей Аrcnet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG-62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных - 2,5 Мбит/с. При подключении устройств в Аrcnet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде - маркерная шина (Тоken Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

• Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные только получив разрешение на передачу (маркер);
• В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;
• Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Основные принципы работы. Передача каждого байта в Аrcnet выполняется специальной посылкой ISU (Information Symbol Unit - единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (Аlегt Вurst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.                                                  В Аrcnet определены 5 типов пакетов:

• Пакет IТТ (Information To Transmit) - приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных
• Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.
• Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.
• Пакет АСК (ACKnowledgments) - подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.
• Пакет NAK ( Negative AcKnowledgments) - неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных ( ответ на FBE ) или принят пакет с ошибкой.