Сеть Ethernet для корпуса заводоуправления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной работе необходимо разработать локальную вычислительную сеть Ethernet для корпуса заводоуправления МС1 БУД1, так как в наше время с увеличением количества информации возникает необходимость в создание систем, объединения различных пользователей.

В настоящее время достижения в области компьютерных сетей и коммуникационных систем позволяют разрабатывать локальные сети различных конфигураций.

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и телекоммуникационного оборудования, обеспечивающая информационный обмен компьютеров в сети. Основное назначение компьютерных сетей - обеспечение доступа к распределенным ресурсам. Сети можно рассматривать как коммуникационную систему, которая поддерживает в пределах одного здания или некоторой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи информации, предоставляемых подключенным абонентским системам для кратковременного использования. Для одного из таких предприятий нам как специалистов в области автоматизации предстоит разработать локальную сеть. Для нас актуален этот вопрос в связи с тем, что компьютерные сети позволяют оптимизировать работу предприятий, а это одна из главных задач нашей специальности.

1. Теоретическая часть

1.1 Общие сведения о сетях

кабель сеть волоконный коаксиальный

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

- территориальная распространенность;

- ведомственная принадлежность;

- скорость передачи информации;

- тип среды передачи;

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными. Локальные - это сети, перекрывающие территорию не более 10 км², региональные - расположенные на территории города или области, глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Государственные сети - сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне.

Компьютеры могут соединяться кабелями, образуя различную топологию сети (звездная, шинная, кольцевая и др.).

Следует различать компьютерные сети и сети терминалов (терминальные сети). Компьютерные сети связывают компьютеры, каждый из которых может работать и автономно. Терминальные сети обычно связывают мощные компьютеры (майнфреймы), а в отдельных случаях и ПК с устройствами (терминалами), которые могут быть достаточно сложны, но вне сети их работа или невозможна, или вообще теряет смысл. Например, сеть банкоматов или касс по продажи авиабилетов. Строятся они на совершенно иных, чем компьютерные сети, принципах и даже на другой вычислительной технике.

В классификации сетей существует два основных термина: LAN и WAN.

LAN (Local Area Network) - локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин «LAN» может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Зарубежные источники дают даже близкую оценку - около шести миль (10 км) в радиусе; использование высокоскоростных каналов.

WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Пример WAN - сети с коммутацией пакетов (Frame Relay), через которую могут «разговаривать» между собой различные компьютерные сети.

Термин «корпоративная сеть» также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

Рассмотренные выше виды сетей являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

Классификация LAN

Локальные вычислительные сети подразделяются на два кардинально различающихся класса: одноранговые (одноуровневые или Peer to Peer) сети и иерархические (многоуровневые).

Одноранговые сети.

Одноранговая сеть представляет собой сеть равноправных компьютеров, каждый из которых имеет уникальное имя (имя компьютера) и обычно пароль для входа в него во время загрузки ОС. Имя и пароль входа назначаются владельцем ПК средствами ОС. Одноранговые сети могут быть организованы с помощью таких операционных систем, как LANtastic, Windows'3.11, Novell NetWare Lite. Указанные программы работают как с DOS, так и с Windows. Одноранговые сети могут быть организованы также на базе всех современных 32-разрядных операционных систем - Windows'95 OSR2, Windows NT Workstation версии, OS/2) и некоторых других.

Иерархические сети.

В иерархических локальных сетях имеется один или несколько специальных компьютеров - серверов, на которых хранится информация, совместно используемая различными пользователями.

Сервер в иерархических сетях - это постоянное хранилище разделяемых ресурсов. Сам сервер может быть клиентом только сервера более высокого уровня иерархии. Поэтому иерархические сети иногда называются сетями с выделенным сервером. Серверы обычно представляют собой высокопроизводительные компьютеры, возможно, с несколькими параллельно работающими процессорами, с винчестерами большой емкости, с высокоскоростной сетевой картой (100 Мбит/с и более). Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются станциями или клиентами.

LAN классифицируются по назначению:

1) Сети терминального обслуживания. В них включается ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается, или быть общесетевым ресурсом.

2) Сети, на базе которых построены системы управления производством и учрежденческой деятельности. Они объединяются группой стандартов МАР/ТОР. В МАР описываются стандарты, используемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

3) Сети, которые объединяют системы автоматизации, проектирования. Рабочие станции таких сетей обычно базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun Microsystems.

4) Сети, на базе которых построены распределенные вычислительные системы.

1.2 Технология Ethernet

Технология Ethernet (и ее модификация Fast Ethernet) является наиболее распространенной технологией построения локальных сетей. Общее количество компьютеров, оснащенных сетевыми адаптерами Ethernet, давно превысило 50 миллионов.

Корни сети Ethernet уходят далеко в прошлое: в шестидесятые годы прошлого века. В Ethernet сетях используется метод доступа CSMA/CD, о котором мы поговорим позже. Несмотря на то, что первая экспериментальная Ethernet сеть была создана компанией Xerox в 1975 году, сам метод CSMA/CD был опробован во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета. Тогда он получил название Aloha.

В 1980 году компании DEC, Intel и Xerox разработали вторую версию стандарта Ethernet - Ethernet II или Ethernet DIX (по первым буквам названий фирм-создателей). Стандарт Ethernet II предусматривал работу сети на основе коаксиального кабеля.

Чуть позже, на основе стандарта Ethernet II, был разработан стандарт IEEE 802.3, который практически совпадает со стандартом Ethernet II. Отличия оригинального стандарта Ethernet от стандарта 802.3 состоят в следующем:

В оригинальном стандарте уровни MAC и LLC объединены в один уровень - канальный, а в стандарте 802.3 - это два самостоятельных уровня. В стандарте IEEE 802.3 отсутствует протокол тестирования конфигурации, который имеется в оригинальном стандарте.

Есть небольшие отличия в формате кадров. В принципе, для нас все вышесказанные отличия несущественны, для нас главное - это среда передачи информации, а в качестве нее можно использовать:

- коаксиальный кабель с диаметром 0,5 дюйма, «толстый» коаксиал - стандарт 10Base-5;

- коаксиальный кабель с диаметром 0,25 дюйма, «тонкий» коаксиал - стандарт 10Base-2;

- неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair) - стандарт 10Base-T;

- оптоволоконный кабель - стандарт 10Base-F.

Следующий шаг в развитии технологии Ethernet был сделан в 1995 году. Тогда появился новый стандарт - Fast Ethernet. Главное его отличие от простого Ethernet - повышенная в десять раз максимальная скорость передачи данных до 100 Мбит/с, против 10 Мбит/с. Хотя стандарт Fast Ethernet не является самостоятельным стандартом: для него не был создан отдельный стандарт IEEE. Стандарт Fast Ethernet описан в документе IEEE 802.3u.

В 1998 году была «запущена» технология Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных возросла еще в 10 раз и составила 1000 Мбит/с. Принятие стандарта было поначалу воспринято с большим энтузиазмом, но пыл охладила стоимость оборудования для этого стандарта, поэтому технология Gigabit Ethernet не получила особого распространения. По крайней мере, на просторах СНГ она встречается довольно редко. Стандарт Gigabit Ethernet был описан в документе IEEE 802.3z. Как видите, и эта технология не получила отдельного документа IEEE, по причине того, что все эти три технологии - Ethernet Fast Ethernet и Gigabit Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - CSMA/CD.

1.3 Типы кабельного соединения

Средой передачи информации называются те линии связи (или каналы связи), по которым производиться обмен информации 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). Это совсем не мелочь, как может показаться на первый взгляд. 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.

Но это еще не все. 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.

К тому же 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 не 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%.

Правда, в некоторых высокоскоростных локальных сетях все-таки 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. Примером может служить сегмент 100BASE-T4 сети Fast Ethernet.

Промышленностью выпускается огромное количество типов кабелей, например, крупнейшая кабельная фирма Belden предлагает более 2000 их наименований. Все выпускаемые кабели можно разделить на три большие группы:

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

- коаксиальные кабели (coaxial cable);

- 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. 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.

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку (рис. 1.1).

Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью (благодаря металлической оплетке), а также более высокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее механически подключиться для несанкционированного прослушивания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне. Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля существенно сложнее, чем витой пары, а стоимость его выше (он дороже примерно в 1,5-3 раза по сравнению с кабелем на основе витых пар). Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому его сейчас применяют реже, чем витую пару.

Рисунок 1.1. Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель обладает широкой полосой пропускания; это означает, что в ней можно организовать передачу трафика на высоких скоростях. Он также устойчив к электромагнитным помехам (по сравнению с витой парой) и способен передавать сигналы на большое расстояние. Кроме того, с технологией передачи сигналов по коаксиальному кабелю хорошо освоились многие поставщики и инсталляторы как кабельных систем, так и различных сетей передачи данных.

Коаксиальный кабель состоит из четырех частей (см. рис. 1.1). Внутри кабеля размещена центральная жила (проводник, сигнальный провод, линия, носитель сигнала, внутренний проводник), окруженная изоляционным материалом (диэлектриком). Указанный слой изоляции охвачен тонким металлическим экраном. Ось металлического экрана совпадает с осью внутреннего проводника - отсюда и следует название «коаксиал». И, наконец, внешней частью кабеля является пластиковая оболочка.

Центральная жила может состоять из одного сплошного проводника (одножильный) или нескольких, являющихся одним проводником (многожильный). Она обычно выполнена из меди, медного сплава с оловом или серебром; алюминия или стали с медным покрытием. Диэлектрик - полиэтилен или тефлон с воздушной прослойкой или без нее. Экран может быть выполнен в виде фольги или оплетки. Внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида или полиэтилена (noplenun), тефлона или кинара (plenun).

Внешний экран может быть выполнен из фольги, оплетки или из их комбинаций. Возможна также многослойная (например, четырехслойная) защита.

Существует несколько размеров коаксиального кабеля. Различают толстый (диаметром 0.5 дюйма) и тонкий (диаметром 0.25 дюйма) коаксиальные кабели. Толстый коаксиальный кабель более крепкий, стойкий к повреждению и может передавать данные на более длинные расстояния, но недостатком такого кабеля является сложность его подсоединения.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

- тонкий (thin) кабель, имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

- толстый (thick) кабель, имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вариант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстояния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее. Зато с тонким кабелем гораздо удобнее работать: его можно оперативно проложить к каждому компьютеру, а толстый требует жесткой фиксации на стене помещения. Подключение к тонкому кабелю (с помощью разъемов BNC байонетного типа) проще и не требует дополнительного оборудования, а для подключения к толстому кабелю надо использовать специальные довольно дорогие устройства, прокалывающие его оболочки и устанавливающие контакт, как с центральной жилой, так и с экраном. Толстый кабель примерно вдвое дороже, чем тонкий. Поэтому тонкий кабель применяется гораздо чаще.

Типичные величины задержки распространения сигнала в коаксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого - около 4,5 нс/м.

Существуют варианты коаксиального кабеля с двойным экраном (один экран расположен внутри другого и отделен от него дополнительным слоем изоляции). Такие кабели имеют лучшую помехозащищенность и защиту от прослушивания, но они немного дороже обычных.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Витая пара

Витая пара (TP - twisted pair) (рис. 1.2) - кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание осуществляется для уменьшения внешних наводок (наводок от внешних источников) и перекрестных наводок (наводок от одного проводника другому проводнику из одной и той же пары). Часто кабель на витой паре (точнее, на нескольких, как правило, 4 витых парах) называют просто «витая пара», хотя, конечно, это - профессиональный жаргон. Заметим попутно, что витая пара была изобретена Александром Беллом в 1981 году.

Рисунок 1.2 Витая пара

В последние несколько лет производители витой пары научились передавать данные по своим кабелям с высокими скоростями и на большие расстояния. Некоторые из первых локальных сетей на персональных компьютерах, например, Omninet или 10Net, использовали витую пару, но могли передавать данные только со скоростью 1 Мбит/с. В 1984 году, когда была представлена сеть Token Ring, она обладала способностью пересылать данные со скоростью 4 Мбит/с по экранированной витой паре. А в 1987 году отдельные производители заявили, что сеть Ethernet может пересылать данные по неэкранированной витой паре, но компьютеры должны быть размещены на расстоянии, равном приблизительно 300 футов, а не 2000 футов, как было разрешено для соединения с помощью толстого коаксиального кабеля. Современные достижения сделали возможной передачу данных по кабелю на витой паре со скоростью 1 Гбит/с (по 250 Мбит/с в каждой из 4 пар).

По сравнению с волоконно-оптическими и коаксиальными кабелями, использование витой пары обладает рядом существенных преимуществ. Такой кабель более тонкий, более гибкий и его проще устанавливать. Он также недорог. И вследствие этого, витая пара является идеальным средством передачи данных для офисов или рабочих групп, где нет электромагнитных помех.

Однако, витая пара обладает следующими недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и сильное затухание сигналов. Кроме того, проводники витой пары подвержены поверхностному эффекту - при высокой частоте тока, электрический ток вытесняется из центра проводника, что приводит к уменьшению полезной площади проводника и дополнительному ослаблению сигнала.

Несмотря на то, что существует несколько типов витой пары, экранированная (STP - shielded twisted pair) и неэкранированная (UTP - unshielded twisted pair) являются самыми важными. При этом кабель UTP не содержит никаких экранов, а кабель STP может иметь экран вокруг каждой витой пары и, в дополнение к этому, еще один экран, охватывающий все витые пары (кабель S-STP). Применение экрана позволяет повысить помехоустойчивость.

Материалы, используемые при изготовлении витой пары, аналогичны материалам, используемым при изготовлении коаксиального кабеля.

Стандарты TIA/EIA-568, 568А определяют категории для витой пары. Существуют 7 таких категорий. Самая младшая (Категория 1) соответствует аналоговому телефонному каналу, а старшая (Категория 7) характеризуется максимальной частотой сигнала в 600 МГц, при этом Категории 1…3 выполняются на UTP, а 4…7 - UTP и STP.

Многие специалисты высказывают сомнения по поводу целесообразности введения 7 категории, так как стоимость кабеля, соответствующего данной категории, приравнивается к стоимости волоконно-оптических кабелей, в то время как ведутся работы по созданию более дешевых волоконно-оптических кабелей.

Согласно стандарту EIA/TIA 568, существуют пять категорий кабелей на основе неэкранированной витой пары (UTP):

Кабель категории 1 - это обычный телефонный кабель (пары проводов не витые), по которому можно передавать только речь, но не данные. Данный тип кабеля имеет большой разброс параметров (волнового сопротивления, полосы пропускания, перекрестных наводок).

Кабель категории 2 - это кабель из витых пар для передачи данных в полосе частот до 1 МГц. Кабель не тестируется на уровень перекрестных наводок. В настоящее время он используется очень редко. Стандарт EIA/TIA 568 не различает кабели категорий 1 и 2.

Кабель категории 3 - это кабель для передачи данных в полосе часто до 16 МГц, состоящий из витых пар с девятью витками проводов на метр длины. Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Это самый простой тип кабелей, рекомендованный стандартом для локальных сетей. Сейчас он имеет наибольшее распространение.

Кабель категории 4 - это кабель, передающий данные в полосе частот до 20 МГц. Используется редко, так как не слишком заметно отличается от категории 3. Стандартом рекомендуется вместо кабеля категории 3 переходить сразу на кабель категории 5. Кабель категории 4 тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Кабель был разработан для работы в сетях по стандарту IEEE 802.5.

Кабель категории 5 - самый совершенный кабель в настоящее время, рассчитанный на передачу данных в полосе частот до 100 МГц. Состоит из витых пар, имеющих не менее 27 витков на метр длины (8 витков на фут). Кабель тестируется на все параметры и имеет волновое сопротивление 100 Ом. Рекомендуется применять его в современных высоко скоростных сетях типа Fast Ethernet и TPFDDI. Кабель категории 5 примерно на 30. - 50% дороже, чем кабель категории 3.

Кабель категории 6 - перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 200 МГц.

Кабель категории 7 - перспективный тип кабеля для передачи данных в полосе частот до 600 МГц.

Согласно стандарту EIA/TIA 568, полное волновое сопротивление наиболее совершенных кабелей категорий 3, 4 и 5 должно составлять 100 Ом ± 15% в частотном диапазоне от частоты 1 МГц до максимальной частоты кабеля. Как видим, требования не очень жесткие: величина волнового сопротивления может находиться в диапазоне от 85 до 115 Ом. Здесь же отметим, что волновое сопротивление экранированной витой пары STP должно быть по стандарту равно 150 Ом ± 15%. Для согласования импедансов кабеля и оборудования в случае их несовпадения применяют согласующие трансформаторы (Balun). Встречается также экранированная витая пара с волновым сопротивлением 100 Ом, но довольно редко.

Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) (рис 1.3) был разрекламирован как решение всех проблем, порождаемых медным кабелем. Такой кабель имеет огромную ширину полосы пропускания и может пересылать голосовые сигналы, видеосигналы и сигналы данных на очень большие расстояния. В связи с тем, что волоконно-оптический кабель для передачи данных использует световые импульсы, а не электричество, он оказывается невосприимчивым к электромагнитным помехам. Отличительной особенностью волоконно-оптического кабеля является также то, что он обеспечивает более высокую безопасность информации, чем медный кабель. Это связано с тем, что нарушитель не может подслушивать сигналы, а должен физически подключиться к линии связи. Для того чтобы добраться до информации, передаваемой по такому кабелю, должно быть подсоединено соответствующее устройство, а это, в свою очередь, приведет к уменьшению интенсивности светового излучения. К недостаткам волоконно-оптического кабеля следует отнести высокую стоимость и меньшее число возможных перекоммутаций по сравнению с электрическими кабелями, так как во время перекоммутаций появляются микротрещины в месте коммутации, что ведет к ухудшению качества оптоволокна.



Рисунок 1.3 Волоконно-оптический кабель

По своей структуре волоконно-оптический кабель подобен коаксиальному кабелю. Однако вместо центральной жилы в его центре располагается стержень, или сердцевина, которая окружена не диэлектриком, а оптической оболочкой, которая, в свою очередь, окружена буферным слоем (слоем лака), элементов усиления и внешнего покрытия. Стержень и оболочка изготавливается как одно целое. Диаметр стержня составляет от 2 до нескольких сотен микрометров. Толщина оболочки - от сотен микрометров до единиц миллиметров. Буферный слой может быть свободным (жесткая пластиковая трубка) или плотноприлегающим. Свободный защищает от механических повреждений и температуры, прилегающий - только от механических повреждений. Элементы усиления выполняются из стали, кевлара и т.д., однако, могут иметь отрицательный эффект, например, элементы из стали могут притягивать разряды молний. Волоконно-оптический кабель с элементами усиления называется кабелем с усиленной конфигураций. В кабеле облегченной конфигурации пространство между внешней оболочкой и буферным слоем заполнено жидким гелием. Внешнее покрытие изготавливается аналогично покрытию электрических кабелей.

Волоконно-оптический кабель бывает одномодовым и многомодовым. Одномодовый кабель имеет меньший диаметр световода (5-10 мкм) и допускает только прямолинейное распространение светового излучения (по центральной моде). В стержне многомодового кабеля свет может распространяться не только прямолинейно (по нескольким модам). Чем больше мод, тем уже пропускная способность кабеля. Так, на 100 м максимальная частота сигнала на длине волны 850 нм для многомодового составляет 1600 МГц, для одномодового - 888 ГГц. Стержень и оболочка многомодового кабеля могут быть изготовлены из стекла или пластика, в то время как у одномодового - только из стекла. Для одномодового кабеля источником света является лазер, для многомодового - светодиод.

Для многомодового кабеля характерны следующие помехи: модальная дисперсия и хроматическая дисперсия. Модальная дисперсия заключается в том, что на большом расстоянии начинает сказываться многомодовость кабеля - световой импульс, идущий по самой длинной моде (неаксиальный луч) начинает «отставать» от импульса, идущего по центральной моде (аксиальный луч). В результате этого промежуток между импульсами должен быть больше, чем разница между аксиальным и неаксиальным лучами. Хроматическую дисперсию по другому можно назвать «эффектом радуги» - когда световой сигнал разделяется на световые компоненты, а так как волны света различной длины пропускаются световодом по-разному, то на больших расстояниях хроматическая дисперсия может привести к потере передаваемых данных - световые компоненты одного сигнала будут накладываться на световые компоненты другого.

Многомодовый волоконно-оптический кабель может быть со ступенчатым или плавным отражением сигнала. Кабель с плавным отражением сигнала имеет многослойную оболочку с разными коэффициентами отражения у каждого слоя, и лучшие характеристики по сравнению с кабелем со ступенчатым отражением сигнала.

Одномодовый кабель обладает наилучшими характеристиками, но и является самым дорогим. Многомодовый кабель из пластика является самым дешевым, но обладает самыми худшими характеристиками.

2. Практическая часть

2.1 Выбор топологии

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топология относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.

Существует три основных топологии сети:

шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 2.1);

звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (рис. 2.2);

кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 2.3).



Рис. 2.1. Сетевая топология «шина»

Рис. 2.2. Сетевая топология «звезда»

Рис. 2.3. Сетевая топология «кольцо»

Нам наиболее подходит топология «звезда» т.к. она является самой простой с точки зрения проектирования и установки. Это объясняется тем, что сетевая среда выходит непосредственно из концентратора и прокладывается к месту установки рабочей станции. Другим достоинством этой топологии является простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети. Также топология «звезда» позволяет легко диагностировать проблемы и изменять схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию «звезда», легко добавлять рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное к этой точки. Остальная часть сети будет функционировать нормально.

Разработка схемы чернового варианта соединения

Для соединения устройств в сети нам понадобятся 10 концентраторов. Каждая рабочая группа будет содержать определенное количество компьютеров (см. таблица 2). Схема чернового варианта приведена в Приложении А.

2.2 Соединение рабочих станций

Выбор кабельного соединения

В сетях Ethernet используются различные типы кабеля. В различных типах Ethernet применяются разные характеристики передачи сигналов, но во всех используется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/с и арбитражный доступ CSMA/CD. Вот четыре наиболее распространенных типа кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с:

- 10Base5 или толстая Ethernet с толстым коаксильным кабелем;

- 10Base2 или тонкая Ethernet с тонким коаксиальным кабелем;

- 10BaseT, где применяется кабель типа неэкранированная витая пара;

- 10BaseFL, в котором используется одно- или многомодовый волоконнооптический кабель.

В нашем случае для соединения рабочих групп с концентраторами мы будем применять 10BaseT. Внутрисегментные соединения целесообразно выполнять с использованием 10BaseT. Для соединения сегментов на разных этажах будем так же применять кабель 10BaseT.

Схема расположения сегментов представлена в Приложении Б

2.3 Расчет корректности сети

Таблица 1 - Данные для расчета значения PDV

Сегмент	Макс. длинна м	Начальный сегмент	Промежуточный сегмент	Конечный сегмент	Задержка на 1 м длинны
		t0	tm	t0	tm	t0	tm
10Base-T	100	15.3	26.6	42	53.3	165	176.3	0.113

Расчёт в прямом направлении:

1) 10BaseT (100 м) t0=100*0.113+26.6=37.9

2) 10BaseT(100 м) t0=100*0.113+53.5=64.8

3) 10BaseT(100 м) t0=100*0.113+53.5=64.8

4) 10BaseT(100 м) t0=100*0.113+53.5=64.8

5) 10BaseT(100 м) t0=100*0.113+176.3=187.6

6) AUI, t=5.1*4=20.4

В сумме мы получим

tsum=37.9+64.8+64.8+64.8+187.6+20.4=440.3

310.7<512 значит, сеть работоспособна в прямом направлении.

В обратном направлении:

1) 10BaseT(100 м) t0=100*0.113+26.6=37,9

2) 10BaseT(300 м) t0=100*0.113+176.3=187.6

Суммарное значение PDV в обратном направлении:

tsum=37.9+64.8+64.8+64.8+187.6+20.4=440.3

440.3<512, следовательно, сеть работоспособна и в обратном направлении.

Расчет IPG

Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также уменьшение межкадрового интервала повторителями.

Для расчета IPG также можно воспользоваться значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред, рекомендованными IEEE (см. таблицу 2)

Таблица 2 - Данные для расчета значения IPG

Сегмент	Начальный, bt	Промежуточный, bt
10Base - T	16	11

При расчете уменьшения межкадрового интервала, конечный сегмент не учитывается. Исходя из этого, мы получаем в прямом направлении:

1) 10BaseT, IPG = 16

2) 10BaseT, IPG = 11

3) 10BaseT, IPG = 11

4) 10BaseT, IPG = 11

В итоге получаем IPGsum = 49

В обратном направлении:

1) 10BaseT, IPG = 16

2) 10BaseT, IPG= 11

3) 10BaseT, IPG = 11

4) 10BaseT, IPG = 11

Итого: 49

Для сетей Ethernet предельное значение - 49. Следовательно, рассчитанное значение по спроектированной конфигурации локальной сети удовлетворяет предельному установленному значению.

2.4 Окончательный компоновочный вариант сети

кабель сеть волоконный коаксиальный

Чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо выполнение четырех основных условий:

- Количество станций в сети не более 1024;

- Максимальная длина каждого физического сегмента не более величины,

определенной в соответствующем стандарте физического уровня;

- Время оборота сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми

удаленными друг от друга станциями не более 512 битовых интервала;

- Сокращение межкадрового интервала IPG, при прохождении последовательности кадров через все повторители должно быть не больше, чем 49 битовых интервала. Так как при отправке кадров конечные узлы обеспечивают начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервала, то после прохождения повторителя оно должно быть не больше, чем 96-49=47 битовых интервала.

Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и общую длину сети в 500 м.

Все рассчитанные параметры проектированной локальной сети удовлетворяют основным необходимым требованиям сети Ethernet. Исходя из этого, можно утверждать, что рассчитанный проект будет работоспособен и удовлетворяет поставленным требованиям проектирования.

Окончательный вариант компоновочной схемы сети приведен в Приложении В.

Заключение

В результате проведённой работы мы ознакомились с различными типами сетей, с принципами их построения и расчёта

А также изучили основные элементы сети Ethernet.

Нами была рассчитана локальная сеть по всем требованиям, предъявляемым к сетям Ethernet. Все рассчитанные параметры удовлетворяют критериям работоспособности сети. Рассчитанная сеть может подлежать наращиванию и дальнейшей модернизации.

Наша модель призвана оптимизировать работу предприятия.

Список литературы

1) В.Г. Олифер, Н.А. Олифер «Компьютерные сети», учебник, 668 стр., С.-П., изд. «Питер», 2001.

2) Д. Челлис и др., «Основы построения сетей», Учебное руководство для специалистов MCSE, 323 стр., Москва, изд. «Лори», 1997.

3) Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. «Локальные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование»: изд. «ЭКОМ», М, 2000

4) А.П. Пятибратов и др., «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»: учебник, Москва: «Финансы и статистика», 2001. - 512 стр.

5) Кульгин М. Технологии корпоративных сетей: Энциклопедия - СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 704 с.

6) Кульгин М. Практика построения компьютерных сетей. Для профессионалов - СПб.: Питер, 2001 - 320 с.

7) Косарев В.П. Компьютерные системы и сети: Учеб. пособие / Под ред. В.П. Косарева и Л.В. Еремина - М.: Финансы и статистика, 1999 - 301 с.

8) Фролов А.В. Локальные сети персональных компьютеров/ Фролов А.В., Фролов Г.В. - М.: Диалог-МИФИ, 1999 - 352 с.

9) Ги К. Введение в локально-вычислительные сети Пер. с англ. Под ред. Б.С. Иругова - М.: Радио и связь, 1986 - 144 с.

10) Закер К. Компьютерные Сети, Модернизация, Поиск Неисправностей - М.: Перспектива, 2005 - 271 с.

Размещено на Allbest.ru