Проектирование компьютерной сети

В сети Arknet можно использовать две топологии: звезда и шина. Локальная сеть Ethernet.

Спецификацию Ethernet в конце семидесятых годов предложила компания Xerox Corporation. Позднее к этому проекту присоединились компании Digital Equipment Corporation (DEC) и Intel Corporation. В 1982 году была опубликована спецификация на Ethernet версии 2.0. На базе Ethernet институтом IEEE был разработан стандарт IEEE 802.3. Различия между ними незначительные.

Основные принципы работы. На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина:

• все устройства, подключенные к сети, равноправны, т.е. любая станция может начать передачу в любой момент времени (если передающая среда свободна);
• данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Для данной организации была выбрана архитектура на основе локальной сети Ethernet. Данная сеть является оптимальной по показателям надежность/стоимость, и отвечает всем требованиям по автоматизации процессов предприятия.

Выбор кабельной системы  зависит от интенсивности сетевого трафика, требований к защите информации, максимального расстояния, требований к характеристикам кабеля, стоимости реализации. Кабельная система должна соответствовать условиям ее применения. К числу факторов, влияющих на стоимость и пропускную способность кабеля, относятся:  простота монтажа, экранирование, перекрестные помехи, скорость передачи, стоимость кабеля, затухание сигнала, стоимость оборудования, необходимого для подключения кабеля.

Коаксиальный кабель представляет собой провод, состоящий из медной жилы и металлической оплетки. Между жилой и оплеткой имеется слой изоляции, защищающий от короткого замыкания жилы и оплетки. Жила служит для передачи данных, оплетка же обеспечивает защиту передаваемых данных от внешних электромагнитных помех. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем из резины. Примером коаксиального кабеля может служить кабель, который используется для подключения внешней антенны к телевизору.

 

 

 

 

Рис. 2.2.1 - Коаксиальный кабель.

Существуют два типа коаксиальных кабелей:

• тонкий коаксиальный кабель;
• толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель имеет диаметр около 0,5 см и подключается непосредственно к сетевым адаптерам компьютера. Тонкий коаксиальный кабель из-за затухания сигнала обеспечивает передачу данных только до 200 м. Для подключения тонкого кабеля используются следующие разъемы (Рис. 2.2.2.):

BNC-коннектор,T-коннектор,BNC-терминатор.

Рис. 2.2.2 - Подключение тонкого коаксиального кабеля

Толстый коаксиальный кабель имеет диаметр около 1 см. Обладает той особенностью, что благодаря использованию более толстой жилы, обеспечивает передачу данных на расстояние до 500 м. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяется специальное устройство – трансивер.

Трансивер для подключения к толстому кабелю снабжен специальным разъемом, называемым "зуб вампира" (vampire tap). Этот зуб проникает сквозь изоляцию провода и соприкасается с жилой.

Рис. 2.2.3. Подключение толстого коаксиального кабеля

Неэкранированная витая пара состоит из двух изолированных перевитых вокруг друг друга медных проводов. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех. Максимальная длина неэкранированной витой пары составляет 100 м.

Неэкранированная витая пара разделена на следующие категории:

• категория 1 - традиционный телефонный кабель, по которому передается только голос, но не данные;
• категория 2 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/сек, и состоящий из 4-х витых пар;
• категория 3 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/сек, и состоящий из 4-х витых пар с девятью витками на метр;
• категория 4 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/сек, и состоящий из 4-х витых пар;
• категория 5 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/сек, и состоящий из 4-х витых пар медного провода. Кабель данной категории используется в современных вычислительных сетях;
• категория 5е -  4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар;
• категория 6 - применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м;
• категория 6а - применяется в сетях Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров;
• категория 7 - спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары. Седьмая категория, строго говоря, не UTP, а S/FTP (Screened Fully Shielded Twisted Pair);
• категория 7а - разработана для передачи данных на скоростях до 40 Гбит/с на расстояние до 50 м. и до 100 Гбит/с на расстояние до 15 м.

 

 

 

Рис.2.2.4. Витая пара.

Для подключения экранированной и неэкранированной витой пары к компьютеру используются коннекторы RJ-45, которые похожи на телефонные RJ-11, но отличаются по размерам и числу контактов. Коннектор RJ-45 чуть больше по размеру и имеет восемь контактов, а RJ-11 только четыре.

Отличительная особенность использования витой пары состоит в том, что каждый компьютер к вычислительной сети должен подключаться с помощью отдельного кабеля через концентратор.

Кабель экранированной витой пары имеет медную оплетку, которая обеспечивает дополнительную защиту от помех. Следовательно, экранированная витая пара обеспечивает передачу данных на большее расстояние и с большей скоростью.

Для данной организации был выбран кабель «Витая пара категории 5е». Архитектура предприятия (меньше 100 метров прокладки от ПК к switch) позволяет использовать витую пару, как основу связи ЛВС.

 

 

 

 

 

2.3. Определение протокола

 

Протокол - это набор правил и технических процедур, регулирующих осуществления связи между компьютерами в сети. Процесс передачи данных по сети разбивается на несколько шагов. При этом очередность выполнения данных шагов строго определена. Задачей протоколов является определение таких шагов и контроль за их выполнением.

TCР/IР (Transmission Control Рrotocol/Internet Рrotocol) — промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость — одно из основных преимуществ TCР/IР, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCР/IР предоставляет доступ к ресурсам Интернета, а также маршрутизируемый протокол для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCР/IР поддерживает маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности TCР/IР стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для набора TCР/IР протоколам относятся:

• SMTР (Simрle Mail Transfer Рrotocol) — электронная почта;
• FTР (File Transfer Рrotocol) — обмен файлами между компьютерами, поддерживающими TCР/IР;
• SNMР (Simрle Network Management Рrotocol) — управление сетью.

TCР/IР имеет два главных недостатка: размер и недостаточная скорость работы. TCР/IР — относительно большой стек протоколов, который может вызвать проблемы у MS-DOS-клиентов. Однако для современных операционных систем размер не является проблемой, а скорость работы сравнима со скоростью протокола IРX.

NetBEUI — расширенный интерфейс NetBIOS. Этот протокол предоставляет программам средства для осуществления сеансов связи с другими сетевыми программами. Он очень популярен, так как поддерживается многими приложениями.

К преимуществам NetBEUI относятся небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных по сети и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток NetBEUI — он не поддерживает маршрутизацию. Это ограничение относится ко всем сетям Microsoft.

IРX/SРX (Internetwork Рacket Exchange/Sequenced Рacket Exchange) — стек протоколов, используемый в сетях Novell. Как и NetBEUI, относительно небольшой и быстрый протокол. Но, в отличие от NetBEUI, он поддерживает маршрутизацию.

Прежде всего, при выборе протокола следует определиться с устанавливаемой сетевой операционной системой (ОС). Так как планируется установка ОС от Microsoft, а также тот факт, что все компьютеры подключены к интернету, в качестве сетевого протокола следует предпочесть TCP/IP.

 

2.4. Выводы по второй главе

 

В итоге конфигурация планируемой сети показана в таблице ниже:

Таблица 2.4.1 - Конфигурация сети

Компонент/характеристика	Реализация
Топология сети	Древовидная звезда
Модель сети	Клиент-сервер
Стандарт сети	1000Base-T
Линия связи (кабель)	Неэкранированная витая пара 5е
Сетевые адаптеры	Интегрированные
Концентраторы (ретрансляторы, повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и т.д.)	5 коммутаторов
Протоколы сети	TCP/IP
Управление совместным использованием ресурсов	Централизовано с сервера
Совместное использование периферийных устройств	Принт-сервер
Поддерживаемые приложения	Совместимые с ОС Windows 7,
Подключение к Интернет	Через сервер, посредством внутреннего сетевого адаптера

 

 

3. Анализ и выбор аппаратного обеспечения компьютерной сети

3.1. Выбор аппаратного обеспечения сервера

 

Можно выделить два основных параметра, отличающих сервер от обычных компьютеров. Во-первых, это очень высокая производительность (это касается, разумеется, и эффективного обмена с периферийными устройствами), достаточно мощная дисковая подсистема (преимущественно  со SCSI интерфейсом), а во-вторых, повышенная надежность (сервер, как правило работает круглые сутки не выключаясь). Что касается производительности, то для сервера ее довольно часто оценивают в транзакциях. Вообще говоря, под транзакцией понимают совокупность трех последовательных действий: чтение данных, обработка данных и запись данных. Применительно, например, к файл-серверу транзакцией можно считать процесс изменения записи на сервере, когда рабочая станция выполняет модификацию файла, хранимого на сервере.

Немалую роль играет возможность расширения системы и простота ее модернизации, поскольку именно это позволяет обеспечить требуемую производительность не только на текущий момент времени, но и в будущем.

Наибольший интерес представляет максимальный объем оперативной памяти, который можно использовать на данном сервере, возможность установки более мощного процессора, а так же второго процессора (если планируется использование операционной системы, поддерживающей двухпроцессорную конфигурацию). Немаловажным так же остается вопрос о том, какую конфигурацию дисковой подсистемы можно использовать на данном сервере, в первую очередь, какой объем дисков, максимальное их количество. Если в конкретном случае к дисковой подсистеме должны предъявляться особые требования необходимо узнать о возможности применения  RAID- массива, а также возможность "горячей" замены накопителей.

Несомненно, что жизненно важным параметром любого сервера является его качественное и бесперебойное питание. В связи с этим необходимо проверить наличие у сервера нескольких (хотя бы двух) блоков питания. Обычно эти два блока питания работают параллельно, т.е. при выходе из строя одного, сервер продолжает работать, получая питание от другого (исправного) блока питания. При этом должна так же быть возможность их "горячей" замены. И само собой разумеется, необходим источник бесперебойного питания. Его наличие позволяет в случае пропадания напряжения в электросети по крайней мере корректно завершить работу операционной системы и выключить сервер.

Если сервер планируется подключать к двум, физически несвязанным сетям необходимо убедиться в возможности установки второй сетевой платы.

Высокая надежность серверов достигается путем реализации комплекса мер, касающихся как обеспечения необходимого теплообмена в корпусе, контроля температуры важнейших компонентов, слежения за рядом других параметров, так и полного или частичного дублирования подсистем.

Так, в подсистеме памяти наряду с обычным контролем четности часто используется контроль с исправлением ошибок  ECC (Error Checking and Correction).

В принципе сервер может быть реализован и на обычном, стандартном компьютере, имеющим конфигурацию с достаточно хорошими характеристиками. Операционная система, реализующая сервер не предъявляет специальных требований к аппаратному обеспечению, однако надежность при этом будет снижена. Поэтому если в конкретном случае к надежности сервера предъявляются повышенные требования рекомендуется использовать специально предназначенные для этого компьютеры.

Выбор процессора. На сегодняшний день рынок центральных процессоров заняли и уже удерживают несколько лет две ведущие компании – AMD и INTEL.