Разработка локальной вычислительной сети производственного кооператива

31

Автономная некоммерческая организация

Высшего профессионального образования Центросоюза Российской Федерации

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИИ»

«Волгоградский кооперативный институт»

(филиал)

Курсовая работа по дисциплине

«Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

На тему: «Разработка локальной вычислительной сети производственного кооператива»

Волгоград 2007

Разработка локальной вычислительной сети производственного кооператива

Руководство производственного кооператива решило произвести компьютеризацию на рабочих местах персонала. В результате этого каждый сотрудник организации должен получить в пользование персональный компьютер, подключенный к локальной вычислительной сети фирмы и имеющий выход в сеть Интернет. Специфика организации требует использования централизованной базы данных с большим объемом хранимых записей. В сети должен быть установлен сетевой принтер.

Для решения данной проблемы необходимо выбрать требуемое компьютерное оборудование и спроектировать локальную вычислительную сеть. В организации работает 46 человек, все кабинеты расположены на одном этаже, длина которого составляет 100 м. Размещение людей по кабинетам смотри на схеме.

Содержание

Введение

1. Анализ и выбор методов построения локальной сети

1.1 Топология сети

1.2 Сетевая архитектура

1.3 Модели ЛВС

1.4 Виды кабелей

1.5 Протоколы сетей

2. Выбор технических средств

2.1 Выбор технических средств для сервера

2.2 Выбор технических средств для рабочих станций

2.3 Выбор сетевого оборудования

3.Анализ и выбор программного обеспечении

3.1 Современные системы операционных систем

4.Защита информации

4.1 Организационные меры

4.2 Технические меры

Заключение

Список использованной литературы

Введение

При компьютеризации производственного кооператива объективно требуется создание локальной вычислительной сети. Это обусловлено тем, что организация компьютерной сети дает преимущества, такие как:

ѕ более удобный и упрощенный документооборот внутри организации;

ѕ организация электронной базы данных, что упрощает работу с ней и облегчает добавление новой информации;

ѕ совместный доступ нескольких лиц к одному документу;

ѕ совместная обработка информации;

ѕ удобство создания выхода в сеть Internet.

Разумеется, что создание компьютерной сети требует больших денежных затрат чем просто компьютеризация организации, а также безопасность информации снижается. Однако создание локальной вычислительной сети дает множество преимуществ, из-за которых целесообразны дополнительные затраты. При должном уровне защиты можно обеспечить достаточно высокий уровень информационной безопасности.

Все достоинства локальной вычислительной сети можно реализовать только при грамотном построении, выборе модели, топологии, аппаратных и программных средств.

1. Анализ и выбор методов построения локальной сети

1.1 Топология сети

Топология компьютерной сети - способ соединения ее элементов.

Существует несколько видов топологий. Все они различаются по способам организации, скорости передачи, стоимость создания и т.д. У любой топологии существуют свои достоинства и недостатки. Для каждой конкретной сети наиболее оптимальной будет своя топология.

Различают следующие основные топологии:

ѕ Топология общая шина;

ѕ Топология звезда;

ѕ Топология кольцо;

ѕ Полносвязная сеть;

ѕ Древовидная топология.

Если провести анализ всех этих топологий, можно выяснить какая из них подходит для конкретной организации.

Топология общая шина.

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что, увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств - терминаторов. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репитеров, или повторителей.

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Достоинства топологии общая шина: низкая стоимость; хорошая расширяемость; отсутствие дополнительного оборудования.

Недостатки: низкая безопасность; коллизии; низкое быстродействие; низкая надежность; сложность диагностики.

Топология звезда.

«Звезда» -- это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае говорить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, то есть подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате поручается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду. В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом случае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждому периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два кабеля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая ситуация встречается чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

Топология «кольцо».

«Кольцо» - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретрансляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Полносвязная сеть.

В ней каждый компьютер соединён со всеми другими компьютерами отдельными линиями.

Преимущества полносвязной сети:

Высокая надёжность, так как при отказе любого канала связи будет найден обходной канал для передачи информации.

Высокое быстродействие, так как информация между компьютерами передаётся по отдельным линиям.

Недостатки данной топологии:

Требует большого числа соединительных линий, то есть стоимость создания подобной сети очень высокая.

Трудность построения сети при большом количестве компьютеров, так как от каждого компьютера к остальным необходимо прокладывать отдельные линии.

Топология полносвязной сети обычно применяется для малых сетей с небольшим количеством компьютеров, которые работают с полной загрузкой каналов связи.

Древовидная топология.

В сетях с древовидной топологией компьютеры не посредственно связанны с центральными узлами сети - серверами.

Древовидная топология представляет собой комбинацию топологии типа звезда и топологии типа общая шина. Поэтому ей в основном присуще те же преимущества и недостатки, которые были указанны для данных топологий.

Для реализации компьютерной сети вышеуказанной организации будет использована топология «звезда». Эта топология удовлетворяет поставленной задаче, а также имеет массу достоинств.

1.2 Сетевая архитектура

Сетевая архитектура Ethernet.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень, В Ethernet DIX определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l00Base-Т. Такая маркировка не случайна, так первое число в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов (Мбит/с), а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте (узкополосные). Последний символ в названии стандарта обозначает тип кабеля.

10Base-5

Стандарт 10Base-5 в основном соответствует экспериментальной сети Ethernet фирмы Xerox и может считаться классическим Ethernet. Так же как и классический Ethernet стандарт использует топологию типа «Общая шина», а в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet).

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов. При отсутствии терминаторов («заглушек») в кабеле возникают стоячие волны, так что одни узлы получают мощные сигналы, а другие - настолько слабые, что их прием становится невозможным.

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика - трансивера (transmitter+Teceiver = transceiver). Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем АUI (Attachment Unit Interface) длиной до 50 м, состоящим из 4 витых пар. Наличие стандартного интерфейса между трансивером и остальной частью сетевого адаптера очень полезно при переходе с одного типа кабеля на другой. Для этого достаточно только заменить Трансивер, а остальная часть сетевого адаптера остается неизменной. При этом необходимо только, чтобы новый Трансивер (например, Трансивер для витой пары) поддерживал стандартный интерфейс AUI. Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2,5 м. На кабеле имеется разметка через каждые 2,5 м, которая обозначает точки подключения трансиверов. При возникновении неисправностей в адаптере может возникнуть ситуация, когда на кабель будет непрерывно выдаваться последовательность случайных сигналов. Так как кабель - это общая среда для всех станций, то работа сети будет заблокирована одним неисправным адаптером. Чтобы этого не случилось, на выходе передатчика ставится схема, которая проверяет время передачи сигнала. Если максимально возможное время передачи сигнала превышается (с некоторым запасом), то эта схема просто отсоединяет выход передатчика от кабеля. Такую функцию называют «контролем болтливости», что является буквальным переводом соответствующего английского термина (jabber control).

Стандарт l0Base-5 определяет возможность использования в сети специального устройства - повторителя (repeater). Повторитель служит для объединения в одну сеть нескольких сегментов кабеля и увеличения тем самым общей длины сети. Повторитель принимает сигналы из одного сегмента кабеля и побитно синхронно повторяет их в другом сегменте, улучшая форму и мощность импульсов, а также синхронизируя импульсы. Повторитель состоит из двух (или нескольких) трансиверов, которые присоединяются к сегментам кабеля, а также блока повторения со своим тактовым генератором. Стандарт разрешает использование в сети не более 4 повторителей и, соответственно, не более 5 сегментов кабеля. При максимальной длине сегмента кабеля в 500 м это дает максимальную длину сети l0Base-5 в 2500 м. Только 3 сегмента из 5 могут быть нагруженными, то есть такими, к которым подключаются конечные узлы. Между нагруженными сегментами должны быть ненагруженные сегменты, так что максимальная конфигурация сети представляет собой два нагруженных крайних сегмента, которые соединяются ненагруженными сегментами еще с одним центральным нагруженным сегментом. Правило применения повторителей в сети Ethernet l0Base-5 носит название «правило 5-4-З. 5 сегментов, 4 повторителя, 3 нагруженных сегмента. Ограниченное число повторителей объясняется дополнительными задержками распространения сигнала, которые они вносят. Каждый повторитель подключается к сегменту одним своим трансивером, поэтому к нагруженным сегментам можно подключить не более 99 узлов. Максимальное число конечных узлов в сети l0Base-5, таким образом, составляет 99*3 = 297 узлов.

Достоинствам стандарта 10Base-5:

ѕ хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий

ѕ сравнительно большое расстояние между узлами

ѕ возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI

Недостатками 10Base-5 являются:

ѕ высокая стоимость кабеля

ѕ сложность его прокладки из-за большой жесткости;

ѕ потребность в специальном инструменте для заделки кабеля;

ѕ остановка работы всей сети при повреждении кабеля или плохом соединении;

ѕ необходимость заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

10Base-2

Стандарт 10Base-2, так же как и стандарт 10Base-5 использует топологию «Общая шина», но в отличие от 10Base-5 для передающей среды используется коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet). Кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом.

Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом. Тонкий коаксиальный кабель дешевле толстого, из-за чего сети l0Base-2 иногда называют сетями Cheapemet (от cheaper - более дешевый). Но за дешевизну кабеля приходится расплачиваться качеством - «тонкий» коаксиал обладает худшей помехозащищенностью, худшей механической прочностью и более узкой полосой пропускания.

Станции подключаются к кабелю с помощью высокочастотного BNC Т-коннектора, который представляет собой тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту - 30. Минимальное расстояние между станциями - 1м. Кабель «тонкого» коаксиала имеет разметку для подключения узлов с шагом в 1 м.

Стандарт l0Base-2 также предусматривает использование повторителей, применение которых должно соответствовать «правилу 5-4-3». В этом случае сеть будет иметь максимальную длину в 5х185 = 925 м. Очевидно, что это ограничение является более сильным, чем общее ограничение в 2500 метров.

Стандарт 10Base-2 очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры, Т-коннекторы и терминаторы 50 Ом. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель более восприимчив к помехам, чем «толстый» коаксиал, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый Т-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через Т-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же, (сеть перестает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор - кабельный тестер.

10Base-T

Стандарт принят в 1991 году, как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet, и имеет обозначение 802.3L

Сети 10Base-T используют в качестве среды две неэкранированные витые пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Многопарный кабель на основе неэкранированной витой пары категории 3 (категория определяет полосу пропускания кабеля, величину перекрестных наводок NEXT и некоторые другие параметры его качества) телефонные компании уже достаточно давно использовали для подключения телефонных аппаратов внутри зданий. Этот кабель носит также название Voice Grade, говорящее о том, что он предназначен для передачи голоса.Идея приспособить этот популярный вид кабеля для построения локальных сетей оказалась очень плодотворной, так как многие здания уже были оснащены нужной кабельной системой. Оставалось разработать способ подключения сетевых адаптеров и прочего коммуникационного оборудования к витой паре таким образом, чтобы изменения в сетевых адаптерах и программном обеспечении сетевых операционных систем были бы минимальными по сравнению с сетями Ethernet на коаксиале. Это удалось, поэтому переход на витую пару требует только замены трансивера сетевого адаптера или порта маршрутизатора, а метод доступа и все протоколы канального уровня остались теми же, что и в сетях Ethernet на коаксиале.

Конечные узлы соединяются по топологии «Звезда» со специальным устройством - многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара требуется для передачи данных от станции к повторителю (выход Тх сетевого адаптера), а другая - для передачи данных от повторителя к станции (вход Rх сетевого адаптера). Повторитель принимает сигналы от одного из конечных узлов и синхронно передает их на все свои остальные порты, кроме того, с которого поступили сигналы.

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами (англоязычные термины - hub или concentrator). Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных - логический моноканал (логическая общая шина).

Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мбит/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при наличии витой пары качества не ниже категории 3. Это расстояние определяется полосой пропускания витой пары - на длине 100 м.

Концентраторы 10Base-T можно соединять друг с другом с помощью тех же портов, которые предназначены для подключения конечных узлов. При этом нужно позаботиться о том, чтобы передатчик и приемник одного порта были соединены соответственно с приемником и передатчиком другого порта.

Для обеспечения синхронизации станций и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети, а именно 4. Это правило носит название «правила 4-х хабов» и оно заменяет «правило 5-4-3», применяемое к коаксиальным сетям. При создании сети 10Base-T с большим числом станций концентраторы можно соединять друг с другом иерархическим способом. При применении стандарта 10Base-T необходимо учитывать тот факт, что петлевидное соединение концентраторов категорически запрещено, так как оно приводит к некорректной работе сети. Это требование означает, что в сети 10Base-Т не разрешается создавать параллельные каналы связи между критически важными концентраторами для резервирования связей на случай отказа порта, концентратора или кабеля. Резервирование связей возможно только за счет перевода одной из параллельных связей в неактивное (заблокированное) состояние.

Общее количество станций в сети 10Base-T не должно превышать общего предела в 1024, и для данного типа физического уровня это количество действительно можно достичь. Для этого достаточно создать двухуровневую иерархию концентраторов, расположив на нижнем уровне достаточное количество концентраторов с общим количеством портов 1024. Конечные узлы нужно подключить к портам концентраторов нижнего уровня. Правило 4-х хабов при этом выполняется - между любыми конечными узлами будет ровно 3 концентратора.

Максимальная длина сети в 2500 м здесь понимается как максимальное расстояние между любыми двумя конечными узлами сети (часто применяется также термин «максимальный диаметр сети»). Очевидно, что если между любыми двумя узлами сети не должно быть больше 4-х повторителей, то максимальный диаметр сети 10Base-T составляет 5*100 = 500 м.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общую разделяемую среду, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера на индивидуальной основе. Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

В стандарте 10Base-T определена процедура тестирования физической работоспособности двух отрезков витой пары, соединяющих трансивер конечного узла и порт повторителя. Эта процедура называется тестом связности (link test), и она основана на передаче каждые 16 мс специального сигнала между передатчиком и приемником каждой витой пары. Если тест не проходит, то порт блокируется и отключает проблемный узел от сети.

Появление между конечными узлами активного устройства, которое может контролировать работу узлов и изолировать от сети некорректно работающие, является главным преимуществом технологии l0Base-T по сравнению со сложными в эксплуатации коаксиальными сетями. Благодаря концентраторам сеть Ethernet приобрела некоторые черты отказоустойчивой системы.

100Base-T

В 1995 году комитет IEEE принял спецификацию Ethernet 100Base-T или Fast Ethernet в качестве стандарта. Сетевой мир получил технологию, с одной стороны, решающую самую болезненную проблему- нехватку пропускной способности на нижнем уровне сети, а с другой стороны, очень легко внедряющуюся в существующие сети Ethernet.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены в основном на физическом уровне. Разработчики стандарта Fast Ethernet учли тенденции развития структурированных кабельных систем. Они реализовали физический уровень для всех популярных типов кабеля, входящих в стандарты на структурированные и реально выпускаемые кабельные системы.

Существует три варианта физического уровня Fast Ethernet:

ѕ 100Ваsе-ТХ для двух парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Туре1);

ѕ 100Ваsе-Т4 для четырех парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3,4,5;

ѕ 100Ваsе-FХ для многомодового оптоволоконного кабеля.

У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения.

К этим свойствам относятся:

ѕ большая степень преемственности по отношению к классическому 10-мегабитному Ethernet;

ѕ высокая скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

ѕ возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки - UTP Category 5, UTP Category 3, STP Tуре 1, многомодовом оптоволокне.

Сетевая архитектура Token Ring

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 сигнала специального формата, называемого маркером или токеном (token).

Архитектура Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов - мэйнфреймов, мини-компьютеров и персональных компьютеров. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

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.

Архитектура 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 сигнал 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. 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 сигнал своего присутствия. Если этот сигнал не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

В сетях Token Ring право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует сигнал специального формата - маркер. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо пакет данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Пакет снабжен адресом назначения и адресом источника.

Все станции кольца ретранслируют пакет побитно, как повторители. Если пакет проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует пакет в свой внутренний буфер и вставляет в пакет признак подтверждения приема. Станция, выдавшая пакет данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот пакет из кольца и передает в сеть новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные. Такой алгоритм доступа применяется в сетях Token Ring со скоростью работы 4 Мбит/с, описанных в стандарте 802.5.

В сетях Token Ring 16 Мбит/с используется несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита пакета данных, не дожидаясь возвращения по кольцу этого пакета с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно, так как по кольцу одновременно продвигаются пакеты нескольких станций. Тем не менее свои пакеты в каждый момент времени может генерировать только одна станция - та, которая в данный момент владеет маркером доступа. Остальные станции в это время только повторяют чужие кадры, так что принцип разделения кольца во времени сохраняется, ускоряется только процедура передачи владения кольцом.

Для различных видов сообщений, передаваемым пакетам данных, могут назначаться различные приоритеты: от 0 (низший) до 7 (высший). Решение о приоритете конкретного пакета данных принимает передающая станция. Маркер также всегда имеет некоторый уровень текущего приоритета. Станция имеет право захватить переданный ей маркер только в том случае, если приоритет пакета данных, который она хочет передать, выше (или равен) приоритету маркера. В противном случае станция обязана передать маркер следующей по кольцу станции.

За наличие в сети маркера, причем единственной его копии, отвечает активный монитор. Если активный монитор не получает маркер в течение длительного времени (например, 2,6 с), то он порождает новый маркер.

При использовании экранированной витой пары 1 из номенклатуры кабельной системы IBM в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров, а при использовании неэкранированной витой пары максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров. Максимальная длина кольца Token Ring составляет 4000 м. Ограничения на максимальную длину кольца и количество станций в кольце в технологии Token Ring не являются такими жесткими, как в технологии Ethernet. Здесь эти ограничения во многом связаны со временем оборота маркера по кольцу (но не только - есть и другие соображения, диктующие выбор ограничений). Так, если кольцо состоит из 260 станций, то при времени удержания маркера в 10 мс маркер вернется в активный монитор в худшем случае через 2,6 с, а это время как раз составляет тайм-аут контроля оборота маркера. В принципе, все значения тайм-аутов в сетевых адаптерах узлов сети Token Ring можно настраивать, поэтому можно построить сеть Token Ring с большим количеством станций и с большей длиной кольца.

Недавно компания IBM предложила новый вариант технологии Token Ring, названный High-Speed Token Ring, HSTR. Эта технология поддерживает битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с, сохраняя основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.

В сети будет использоваться архитектура Ethernet 100Base-T, так как это современная архитектура, обеспечивающая наилучшую скорость передачи данных в данном варианте.

1.3 Модели ЛВС

Существует две модели локальных вычислительных сетей:

ѕ одноранговая сеть;

ѕ сеть типа клиент-сервер.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны между собой. При этом вся информация в системе распределена между отдельными компьютерами. Любой пользователь может разрешить или запретить доступ к своим данным. В таких сетях на всех компьютерах устанавливаются однотипные операционные системы (ОС), которые предоставляют всем компьютерам в сети потенциально равные возможности.

Достоинства данной модели:

ѕ Простота реализации. Для реализации данной сети достаточно наличия в компьютерах сетевых адаптеров и кабеля, который их соединит.

ѕ Низкая стоимость создания сети, так как отсутствуют затраты, связанные с покупкой дорогостоящего сервера, дорогой сетевой операционной системы и т.д.

Недостатки модели:

ѕ Низкое быстродействие при сетевых запросах. Рабочая станция всегда обрабатывает сетевые запросы медленнее, чем специализированный компьютер сервер. Помимо этого на рабочей станции всегда выполняются различные задачи (набор текста, создание рисунков, математические расчеты и др.), которые замедляют ответы на сетевые запросы.

ѕ Отсутствие единой информационной базы, так как вся информация распределена по отдельным компьютерам. При этом приходится обращаться к нескольким компьютерам для получения необходимой информации.

ѕ Отсутствие единой системы безопасности информации. Каждый персональный компьютер защищает свою информацию посредством операционной системы, однако операционные системы персональных компьютеров, как правило, обладают меньшей защищенностью, чем сетевые операционные системы для серверов. Поэтому взломать такую сеть значительно проще.

ѕ Зависимость наличия в системе информации от состояния компьютера. Если какой-то компьютер будет выключен, то информация, хранимая на нем, будет недоступна другим пользователям.

В сети типа клиент-сервер имеется один или несколько главных компьютеров-серверов. В таких системах всей основной информацией управляют серверы.

Сеть типа клиент-сервер является функционально не симметричной: в ней используются два типа компьютеров - одни ориентированны на выполнение серверных функций и работают под управлением специализированных серверных ОС, другие - выполняют клиентские функции и работаю под управлением обычных ОС. Функциональная несимметричность вызывает и несимметричность аппаратуры - для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной и внешней памяти.

Достоинствами данной модели являются:

ѕ Высокое быстродействие сети, так как сервер быстро, обрабатывает сетевые запросы и не загружен другими задачами.

ѕ Наличие единой информационной базы и системы безопасности. Взломать сервер можно, но это значительно сложнее, чем рабочую станцию.

ѕ Простота управления всей сетью, так как управление ею заключается в основном в управлении только сервером.

Недостатки модели:

ѕ Высокая стоимость реализации, так как требуется покупать дорогостоящий сервер и сетевую операционную систему для сервера.

ѕ Зависимость быстродействия сети от сервера. Если сервер будет не достаточно мощным, то работав сети может сильно замедляться.

ѕ Для правильной работы сети требуется наличие дополнительного обслуживающего персонала, Т.е. в организации должна быть введена должность администратора сети.

Модель сети будет реализована по модели: сеть типа клиент-сервер.

1.4 Основные виды кабелей

Коаксиальный кабель.

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.

Существует два типа коаксиальных кабелей:

ѕ тонкий коаксиальный;

ѕ толстый коаксиальный.

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:

1) BNC-коннектор;

2) Т-коннектор;

3) ВNС-терминатор.

Из рисунка видно, что к разъему на плате сетевого адаптера подключается Т-коннектор. К Т-коннектору с обеих сторон подключаются ВNС-коннекторы, которые связаны с коаксиальным кабелем. При применении коаксиального кабеля электрические сигналы распространяются от одного конца кабеля к другому. Достигая конца кабеля, сигнал отражается, что мешает другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить. Для этого на концах кабеля устанавливают специальные ВNС-терминаторы.

Если необходимо увеличить размер сети, то для соединения отрезков кабеля можно использовать баррел-конвектор (barrel connector) или репитер. Репитер в отличие от коннектора усиливает передаваемый сигнал.

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.

Витая пара.

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:

ѕ категория l-традиционный телефонный кабель, по которому передается только голос, но не данные;

ѕ категория 2 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/сек и состоящий из 4-х витых пар;

ѕ категория 3 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/сек и состоящий из 4-х витых пар с девятью витками на метр;

ѕ категория 4 - кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/сек и состоящий из 4-хвитых пар;

ѕ 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.

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 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-l1 - только четыре.

Отличительная особенность использования витой пары состоит в том, что каждый компьютер к вычислительной сети должен подключаться с помощью отдельного кабеля. Общая схема Подключения представлена в Приложении 7

Для создания быстродействующих компьютерных сетей в настоящее время стал широко использоваться оптоволоконный кабель. В нем цифровые данные передаются в виде модулированных световых импульсов. Оптоволоконная линия состоит из световода - оптической жилы, покрытой слоем стекла (оболочкой). Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель, соединяющий компьютеры, состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи данных, другое - для приема Оптоволоконный кабель по сравнению с электрическими обладает следующими преимуществами:

ѕ высокая помехозащищенность;

ѕ высокая скорость передачи данных (до 200 Мбит/сек); - большая протяженность линии (до нескольких километров);

ѕ безопасность передачи информации, так как к оптоволоконному кабелю сложно подключиться для перехвата передаваемой информации.

1.5 Протокол сети

Протокол - это набор правил и технических процедур, регулирующих осуществления связи между компьютерами в сети.

Стек протоколов - это комбинация протоколов, работающих на одном компьютере.

Зачем нужны протоколы? Непосредственно 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. Например, если два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять к ним служебную информацию, тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой 'протокол.

Различают несколько типов протоколов:

ѕ Прикладные - обеспечивают взаимодействие приложений на разных компьютерах между собой. К наиболее популярным относятся:

ѕ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол Интернета для обмена электронной почтой;

ѕ FTP (File Transfer Protocol) - протокол Интернета для передачи файлов;

ѕ Telnet - протокол Интернета для обработки данных на удаленных компьютерах и т.д.

Транспортные - поддерживают сеансы связи между компьютерами, определяют маршрут следования пакетов и гарантируют надежный обмен данными. К ним относятся:

ѕ ТСР - часть набора протокола ТСРЛР, служащий для гарантированной доставки сообщений, разбитых на пакеты;

ѕ SPX - часть набора протокола IPX/SPX (Internetwork Packet Еxchange/SeqLlential Packet Exchange) фирмы Nоvеll для данных, разбитых на пакеты;

ѕ NetBEUI (NetВIOS Extended User Iпtеrfасе - расширенный интерфейс пользователя) - устанавливает сеансы связи между компьютерами.

Сетевые - управляют функциями адресации, маршрутизации, проверки ошибок и Т.д., а также определяют правила для осуществления связи в конкретных сетевых средах (например, Ethernet или Token Ring). К ним относятся следующие протоколы: