Проектирование сети предприятия

ЗМІСТ

 

 

ВСТУП

 

На сьогодні важливим є питанням створення великих  проектних організацій, що базуються на сучасних технологіях. Розробка й проектування високотехнологічної продукції у наш час вимагає у першу чергу швидкості виконання. Цю вимогу, при збереженні й підвищенні якості виконання, забезпечують сучасні пакети автоматизованого проектування й автоматизовані експертні системи моделювання.

Комп’ютерна мережа – це система розподіленої обробки інформації між комп’ютерами за допомогою засобів зв’язку. Передача інформації між комп'ютерами існує, напевне з самого моменту виникнення обчислювальної техніки. Вона дозволяє організувати спільну роботу окремих комп'ютерів, вирішувати одну задачу за допомогою декількох комп'ютерів, спеціалізувати кожний з комп'ютерів на виконанні якоїсь однієї функції, спільно використовувати ресурси і вирішувати безліч інших проблем.

Передача інформації між комп’ютерами відбувається за допомогою електричних сигналів, які бувають цифровими та аналоговими. У комп’ютері використовуються цифрові сигнали у двійковому вигляді, а під час передачі інформації по мережі – аналогові (хвильові). Частота аналогового сигналу – це кількість виникнень хвилі за задану одиницю часу.

Комп’ютери підключаються до мережі через вузли комутації. Вузли комутації з’єднуються між собою каналами зв’язку. Вузли комутації разом з каналами зв’язку утворюють середовище передачі даних. Комп’ютери, що виконують функції керування мережею чи надають які-небудь мережеві послуги, називаються серверами. Комп’ютери, що користуються послугами серверів, називаються клієнтами.

Предметом даної роботи є мережа підприємства в апаратній та програмній частині.

Об'єкт  дослідження: специфіка проектування мережі у межах великого підприємства із застосуванням новітніх технологій.

Метою виконання  курсової роботи є вивчення засобів та методів побудови локальної комп’ютерної мережі, а також використання здобутих знань у процесі обґрунтування та проектування встановлення заданої нам кількості комп’ютерів на окремо взятому підприємстві.

У процесі розробки моделі комп’ютерної мережі будуть розглянуті такі питання:

• забезпечення відповідного трафіку і надійності мережі;
• вибір топології, тобто підбір найоптимальнішої конфігурації фізичних зв’язків між комп’ютерами;
• підбір відповідного програмного забезпечення для керування мережею та її обслуговування;
• вибір мережевого обладнання, яке забезпечуватиме її максимальну продуктивність.

 Розробляючи проект  комп’ютерної мережі, ми повинні  досягнути максимальної її продуктивності, мінімальної ціни, зручності та можливості реорганізації й вдосконалення фізичних параметрів мережі, забезпечити безпеку даних.

 

 

РОЗДІЛ 1 
ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ ВАРІАНТУ ТОПОЛОГІЇ КОМПЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ

 

Розпочинаючи об’єднання комп’ютерів у мережу, спершу потрібно вибрати спосіб організації фізичних зв’язків, тобто топологію. Топологія мережі – це її геометрична форма або фізичне розташування комп’ютерів по відношенню один до одного. Існують такі типи топологій: зірка, кільце, шина, дерево, комбінована.

Від вибору топології  фізичних зв’язків суттєво залежить велика кількість характеристик  мережі. Деяким топологіям властива простота приєднання нових вузлів. З економічної точки зору вибирають топології, для яких характерна мінімальна сумарна довжина лінії зв’язку.

До середини 90-х років  досить розповсюдженою для локальних  мереж була загальна шина. При її використанні комп’ютери об’єднуються в одну лінію, яка складається з коаксіального кабелю, по кінцях якого встановлюють термінатори (рис. 1.1). За умови, коли обидва кінці кабелю не підключені до термінатора, відбувається відображення сигналу, що порушує нормальну роботу мережі. Один з кінців шини (але не обидва) обов’язково повинен бути заземлений.

 

Рис 1.1 – Шинна топологія мережі

 

Перевага мережі із шинною топологією полягає у простоті реалізації. Вона відносно дешева, тому що вимагає менше кабелів, ніж інші топології. Це рішення особливо придатне для невеликих мереж, що будуть використовуватися усього кілька днів або тижнів. Недоліком шинної топології є те, що вона являється пасивною, оскільки комп’ютери не регенерують сигнали, а просто передають їх далі. Тому сигнали в такій мережі піддаються згасанню, тобто інтенсивність сигналу з відстанню зменшується. Цю проблему можна вирішити за допомогою повторювачів.

Мережі з кільцевою топологією. У кільцевій топології кожен комп'ютер з'єднаний із двома іншими і сигнал може проходити по колу (рис. 1.2). Оскільки кільце не має кінця, термінатори не потрібні (і навіть не можливі).

Рис. 1.2 – Кільцева топологія мережі

 

Фізично в кільцевій  мережі, як і в шинній, використовується коаксіальний кабель. У мережі Token Ring, що представляє собою логічне  кільце, відповідно до специфікацій ІЕЕ 802.5 використовується кабель STR (типу IBM).

Переваги кільцевої мережі. У кільці порівняно легко усувати неполадки. Як і шину, кільце просто реалізувати. Для установки кільця потрібно більше кабелю, чим для шини, і менше, ніж у зіркоподібній топології.

Топологія «зірка». Кожний комп'ютер під'єднується до спеціального мережевого концентратора чи комутатора (Hub/Switch). Мережевий концентратор виступає в ролі регулювальника руху даних у мережі (рис 1.3).

Рис 1.3 – Зіркоподібна топологія мережі

Недоліки зіркоподібної  топології зв'язані головним чином  з фінансовими витратами. Для зіркоподібної мережі потрібно більше кабелів, ніж для шинної або кільця, тому що окремий кабель проходить від кожного комп'ютера до концентратора, що може знаходитися далеко.

В той час як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію, для великих мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. В таких мережах можна виділити окремі довільно сполученні сегменти (підмережі), які мають типову топологію, тому їх називають мережами з комбінованою топологією.

Для організації обміну між комп'ютерами мережі найчастіше використовуються стандартні протоколи, розроблені Міжнародним інститутом інженерів з електротехніки і радіоелектроніки IEEE (Institute of Electrical and Electronical Engineers). Для вибору технології передачі розглянемо протоколи обміну, викладені в стандартах IEEE802.3, IEEE802.4 і IEEE802.5 на локальні мережі, які описують відповідно методи доступу до мережевих каналів даних: Ethernet, Token Ring, FDDI. Ці методи доступу реалізують функції канального рівня моделі OSI.

Стандарт Ethernet був розроблений в 1970 році дослідницьким центром в Пало-Альто, що належить корпорації Xerox. У 1980 році на його основі з’явилася специфікація IEEE 802.3. Число мереж, побудованих на основі цієї технології, до даного моменту оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп’ютерів, працюючих в таких мережах, в 50 мільйонів.

Основний принцип, покладений в  основу Ethernet, – випадковий метод доступу до середовища передачі даних, що розділяється (CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множинний доступ з виявленням несучої).  Середовище може використовуватись товстий або тонкий коаксіальний кабель,  «скручену пару», оптоволокно або радіохвилі.

Мережа Fast Ethernet має топологію «розподілена зірка», для сполучення використовують скручену пару різних категорій. Замість скрученої пари можна застосовувати і оптоволокно. Коаксіальний кабель специфікація не підтримує. Відстань між мережевим концентратором і робочою станцією не повинна перевищувати 100 м. Максимальна відстань між двома станціями мережі – 210 м. Між двома станціями не може бути більше двох повторювачів.

Тривалість поширення сигналу  на відстань 100 м скрученою парою  становить 0,55 мкс та не залежить від  швидкості передавання даних  у мережі. Тривалість затримки у концентраторі – приблизно від 0,35 до 0,7 мкс залежно від класу концентратора. Мережева плата спричинює затримку 0,25 мкс. Для коректної роботи мережі Ethernet треба, щоб подвоєна тривалість передавання сигналу від одного краю сегмента до іншого не перевищувала тривалості передавання кадру мінімальної довжини. Якщо ця умова не виконуватиметься, то тривалість колізії буде дорівнювати тривалості передавання кадру, в результаті чого мережа не буде працювати.

Створення локальної  мережі Gigabit Ethernet було обумовлено потребою у підвищенні швидкості передавання. Gigabit Ethernet перш за все використовується для з'єднання могутніх серверів з комутаторами і концентраторами.

1000BASE-T IEEE 802.3ab – стандарт Ethernet 1 Гбіт/с.  Використовується «скручена пара» категорії 5 або категорії 6. У передачі даних беруть участь всі 4 пари. Швидкість передачі даних – 250 Мбайт/с по одній парі.

1000Base-TX – стандарт Ethernet 1 Гбіт/с, що використовує тільки «скручену пару» категорії 6. Практично не використовується.

1000Base-X – загальний термін для позначення технології Gigabit Ethernet, що використовує як середовище передачі даних оптоволокновий кабель, включає 1000BASE-SX, 1000BASE-LX і 1000BASE-CX.

1000BASE-SX IEEE 802.3z – 1 Гбіт/с Ethernet технологія, використовує багатомодове волокно протяжність сигналу без повторювача до 550 м.

1000BASE-LX IEEE 802.3z – 1 Гбіт/с Ethernet технологія, використовує багатомодове волокно протяжність сигналу без повторювача до 550 м. Оптимізована для значних відстаней, при використанні одномодового волокна (до 10 км).

1000BASE-CX – технологія Gigabit Ethernet для коротких відстаней (до 25м), використовується спеціальний мідний кабель (екранована «скручена пара» (STP)) з хвильовим опором 150  Ом. Замінений стандартом 1000BASE-T, і зараз не використовується.

1000BASE-LH (Long Haul) – 1  Гбіт/с Ethernet технологія, використовує одномодовий оптичний кабель, протяжність сигналу без повторювача до 100 км.

Token Ring (маркерне кільце) – архітектура мереж з кільцевою логічною топологією і детермінованим методом доступа з передачею маркера. Стандарт Token Ring був прийнятий комітетом 802.5 в 1985 році. В цей же час компанія IBM прийняла стандарт Token Ring як свою основну мережеву технологію. В даний час саме компанія IBM є основним законодавцем моди технології Token Ring, проводячи близько 60% мережевих адаптерів цієї технології.

Логічне кільце реалізується на фізичній зірці, в центрі якої знаходиться MAU (Multistation Access Unit) – хаб з портами підключення кожного вузла. Для під'єднання кабелів використовуються спеціальні роз'єми, що забезпечують замикання кільця при відключенні вузла від мережі.

На рисунку 1.4 описаний алгоритм доступу до середовища, який ілюструється тимчасовою діаграмою. Тут показана передача пакету А в кільці, що складається з 6 станцій, від станції 1 до станції 3.

 

Рис. 1.4 – Маркерне кільце

 

Час утримання однією станцією маркера обмежується тайм-аутом утримання маркера, після закінчення якого станція зобов'язана передати маркер далі по кільцю. Інформація по кільцю передається тільки в одному напрямку по ланцюжку від станції до станції. Адаптер вузла копіює в свій буфер тільки адресовані йому пакети. Використання системних ресурсів PC і конфігурування адаптерів аналогічні Ethernet. Програмне забезпечення, крім звичайного для всіх мережевих адаптерів, містить додаткові модулі-агенти як на сервері, так і на робочій станції.

 При необхідності  мережа може розширюватись за  рахунок використання додаткових  хабів, пов'язаних в загальне  кільце. Вимога нерозривності кільця  ускладнює кабельне господарство Token Ring, у якому використовуються чотирьохпроводні екрановані і неекрановані пари і спеціальні комутаційні засоби. Полегшений варіант розводки забезпечує підключення до 96 станцій до 12 восьмипортових хабів з максимальним віддаленням станції від хаба не більше 45м. Довжина кабеля між хабами може досягати 45 м при їх сумарній довжині не більше 120 м. Стаціонарна розводка забезпечує підключення до 260 станцій і 33 хабів з відстанню між пристроями до 100м при загальні довжині кільця хабів до 200 м. Оптоволоконний кабель збільшує довжину сегмента до 1 км.

Висновок: вивчивши переваги та недоліки різних топологій/технологій побудови локальних мереж, я вирішив, що при проектуванні буде використано топологію «зірка» та Gigabit Ethernet (1000 Base – T).

 

РОЗДІЛ 2 
ПРОЕКТУВАННЯ КАБЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ

 

Середовищем передаванням інформації називаються ті лінії зв’язку, по яких здійснюється обмін інформацією між комп’ютерами. У переважній більшості комп’ютерних мереж використовуються провідні або кабельні канали зв’язку, хоча є і без провідні мережі.

У більшості мереж  застосовують три основні групи  кабелів:

• кабелі на основі витих пар проводів, що поділяються на екрановані і неекрановані;

• коаксіальні кабелі;
• оптоволоконні кабелі

Кожен тип кабелю має  свої переваги і недоліки.

Виті пари проводів використовуються в найдешевших і на сьогодні, мабуть, найпопулярніших кабелях. Кабель на основі витих пар являє собою множину пар сплетених ізольованих мідних проводів у єдиній діелектричній оболонці. Він досить гнучкий і зручний для прокладання. Неекрановані виті пари характеризуються слабкою захищеністю від зовнішніх електромагнітних перешкод, а також слабкою захищеністю від підслуховування з метою, наприклад, промислового шпигунства. Для усунення цих недоліків застосовується екранування. В екранованих витих пар STP кожна з витих пар міститься в металевому плетеному екрані для зменшення випромінювань кабелю, захисту від зовнішніх електромагнітних перешкод і зниження взаємного впливу проводів один на одного – перехресних наведень. Відповідно до стандарту EIA/TIA 568 є такі категорії кабелів на основі неекранованої витої пари (UTP):

• кабель категорії 1 – це звичайний телефонний кабель. Цей тип кабелю має великий розкид параметрів (хвильового опору, пропускної смуги, перехресних наведень);
• кабель категорії 2 – це кабель із витих пар для передавання даних у смузі  частот до 1 МГц;
• кабель категорії 3 – це кабель для передавання даних у смузі частот до 16 МГц. Це найпростіший тип кабелів, рекомендований стандартом для локальних мереж;
• кабель категорії 4 – це кабель, призначений для передавання даних у смузі частот до 20 МГц;
• кабель категорії 5 – це кабель такого типу, розрахований на передавання даних у смузі частот до 100 МГц. Він утворений з витих пар, що мають не менше 27 витків на метр довжини. Кабель тестується на всі параметри і має хвильовий опір 100 Ом. Його рекомендують застосовувати в сучасних високошвидкісних мережах типу Fast Ethernet і TPFDDI.