Проектирование локальной сети с доступом в Интернет

Размеры типичного адаптера Powerline примерно такие же, как у внешнего модема. Обычно адаптер вставляется в настенную розетку и подключается к порту Ethernet или к порту USB настольного ПК или ноутбука. Адаптер Powerline необходимо подключить непосредственно к настенной розетке, а не к ИБП или стабилизатору напряжения, так как адаптеры работают через общий канал электропитания переменного тока. Устройства стабилизации и фильтрации напряжения могут нарушить работу сетей Powerline, а схемы защиты от выбросов напряжения встроены в адаптер.

Некоторые устройства для подключения к сети не требуют даже инсталляции каких-либо программ на ПК. Если ПК уже настроен н6а применение протокола TCP/IP и ему присвоен постоянный или автоматически назначаемый DHCP-сервером IP-адрес, то для начала работы достаточно подключить адаптер к ПК и настенной розетке и загрузить компьютер.

С помощью факультативных функций безопасности, имеющихся во всех продуктах Powerline, можно установить пароль, без которого нельзя получить доступ к сети Powerline (это важно для жителей многоквартирных и частных домов с общей электросетью).

Пропускная способность канала Powerline достаточна для перемещений по Web, пересылки потокового аудио и выполнения типичных задач, таких, как печать в сети.

Подключение через радиоканал

Один из беспроводных способов соединения. Передача данных посредством радиодоступа осуществляется по следующей схеме - у абонента и у провайдера устанавливается приемно-передающее радиооборудование со специальным радиомодемом. Посредством такого оборудования происходит запрос и пересылка Интернет-ресурсов.

Достоинства радиодоступа:

- более доступный по цене установки оборудования;

- мобильность в физическом перемещении принимающей стороны.

Недостатки радиодоступа:

- дорогостоящее оборудование;

- зависимость от метеорологических условий;

- проблема прямой видимости базовой станции;

- менее надежна чем выделенная линия;

- достаточно высокая абонентская плата.

Большое достоинство распределенной архитектуры заключается в том, что для построения беспроводной локальной сети (WLAN) достаточно лишь установить точки доступа.

Бспроводные сети, существовавшие во второй половине 90-х годов и использовавшие диапазоны UHF и 900 МГц, опирались на "сетевой контроллер", который для покрытия необходимой зоны работал совместно с несколькими радиотрансиверами. Стандарт 802.11 значительно упростил архитектуру, объединив в одном устройстве функциональность сетевого контроллера и радиотрансиверов. Новая архитектура позволяла развернуть WLAN посредством простой установки точек доступа в свободный порт коммутатора и беспроводных адаптеров в клиентские ПК.

Централизованная архитектура WLAN (centralized WLAN switch architecture) требует для создания беспроводной сети два элемента. Границу сети по-прежнему формируют точки доступа, которые выполняют функцию моста между беспроводными и проводными сегментами Ethernet, а вся остальная функциональность может быть перенесена на второй элемент-беспроводной коммутатор. Сегодня каждый производитель WLAN-коммутаторов сам решает, каким образом распределить функции между этими двумя устройствами. Некоторые из них вкладывают все возможности в беспроводные коммутаторы, оставляя для точек доступа только функции моста, другие реализуют в последних управление доступом и шифрование.

Важная характеристика всякой централизованной архитектуры заключается в том, что весь трафик от ПК к беспроводной сети проходит через WLAN-коммутатор. Это позволяет ему осуществлять полное управление трафиком. Следует отметить, что централизованная архитектура трактует WLAN как некоторую надстройку над сетью Ethernet. WLAN-коммутатор предусматривает для беспроводного трафика выделенную сеть. Обычно такая сеть реализуется как VLAN, так что в ней могут применяться существующие технологии коммутации.

Подведем наконец итог в наших рассуждениях. Итак, если весь беспроводной трафик, кроме точек доступа, должен проходить еще через одно устройство, то такая архитектура называется централизованной, если же трафик от точек доступа проходит прямо в проводной сегмент Ethernet, то - распределенной.

Время отклика сети.

Одним из критериев производительности сети для корпоративных пользователей является время отклика. Их мало заботит пропускная способность сети ввиду отсутствия мультимедийного трафика, однако они не хотят долго ждать ответа от сервера приложений. Время, превышающее одну секунду, считается многими уже неприемлемым.

Наиболее эффективную маршрутизацию трафика обеспечивает распределенная архитектура. Пакет данных передается от клиента через точку доступа прямо коммутатору Ethernet. При централизованной архитектуре пакет по пути к проводному сегменту Ethernet должен пройти через беспроводной коммутатор. Таким образом, пакет на пути к адресату передается через цепочку дополнительных устройств, что может существенно увеличить время отклика. Согласно полученному на практике правилу, лучше не использовать топологию, при которой беспроводной клиент связан с беспроводным коммутатором магистральным каналом глобальной сети. Такая конфигурация также может увеличить латентность. Однако что за правило без исключений? Имеет смысл размещать беспроводной коммутатор на другом конце магистрали, если сервер приложений подключен к тому же каналу. В этом случае данные все равно должны будут передаваться по глобальной сети, так что не имеет значения, на каком конце канала располагается беспроводной коммутатор.

Управление сеть.

Сегодня, когда большинство наиболее актуальных проблем, связанных с безопасностью, успешно решаются, следующей границей, которую необходимо преодолеть производителям оборудования для WLAN, похоже, становится управление. Именно в этих вопросах поставщики беспроводных коммутаторов считают себя вне конкуренции. WLAN на базе беспроводных коммутаторов по определению обеспечивает централизованную точку, являющуюся идеальной платформой для сосредоточения всех управляющих функций. Для этого лишь необходимо добавить программное обеспечение для конфигурации точек доступа, мониторинга производительности, определения отказов, политики безопасности и других административных функций. Распределенная архитектура не столь приспособлена для централизованного управления. Здесь в сеть следует добавить отдельный управляющий компонент.

В то же время в самих архитектурах не содержится ничего такого, что бы делало одну из них органически более приспособленной для администрирования. В действительности все сводится к наличию соответствующего периферийного оборудования безотносительно к тому, работает ли оно непосредственно на беспроводном коммутаторе или как специфический компонент, добавленный в сеть. Следует также отметить, что централизованная архитектура плохо масштабируется, так как большинство беспроводных коммутаторов могут поддерживать довольно ограниченное количество точек доступа. В корпоративных сетях приходится разворачивать множество "беспроводных кластеров", при этом каждый из них группируется вокруг своего беспроводного коммутатора. Некоторые реализации допускают выделение одного из них в качестве "мастера", который может реплицировать конфигурационные установки и профили безопасности на другие беспроводные коммутаторы.

Пропускная способность.

Требования к пропускной способности сети зависят от использующихся приложений. Для сетей сбора данных в типичных случаях достаточно полосы пропускания от 10 Кбит/с

до 20 Кьит/с на одну точку доступа. Ситуация несколько меняется для VoIP-приложений. Здесь основным параметром является латентность, но и полоса пропускания также играет важную роль.

Хотя скорость передачи данных определяется, как правило, радиокомпонентом, однако остальные устройства беспроводной сети должны быть способны ее поддержать. Это, в частности, означает, что точки доступа должны успевать обрабатывать поступающие пакеты. Кроме выполнения функций моста, от точки доступа может потребоваться фильтрация пакетов, обработка VLAN-тегов, шифрование и дешифрование. И проблема не в количестве передаваемых в секунду битов, а скорее в скорости обработки пакетов.

Значения пропускной способности беспроводных сетей обычно получают на основании копирования больших файлов. При этом длина пакетов оказывается максимальной, и эти цифры не отражают реальных возможностей системы по их обработке. Более высокую нагрузку дают тесты с длиной пакетов от 100 байт до 200 байт, что считается типичным в сетях по сбору данных. Однако реальные приложения по сбору данных обычно генерируют мало пакетов, и пропускная способность беспроводной сети не является для них критическим параметром.

В распределенной архитектуре вся обработка пакетов сосредоточена в точках доступа. Это дает возможность использовать в них встраиваемые микропроцессоры. Современные чипы легко справляются с подобными задачами. Недостатком таких решений являются трудности последующей модернизации, если будущие стандарты потребуют большей вычислительной мощности, чем могут предоставить установленные точки доступа.

Напротив, в сетях с централизованной архитектурой обработка пакетов переносится в беспроводные коммутаторы. Это снимает бремя с точки доступа, но взамен требует, чтобы коммутаторы были в состоянии обработать пакеты, приходящие от них. Такая задача намного сложнее, чем обработка пакетов от одного или двух источников. Теоретически подобная производительность может быть достигнута. Традиционные коммутаторы и маршрутизаторы способны обрабатывать миллионы пакетов в секунду. Но они строятся на специально спроектированных аппаратных средствах и ASIC, а также работают под управлением оптимизированных ОС.

Современные беспроводные коммутаторы в типичном случае изготавливаются на стандартных вычислительных платформах общего назначения и используют коммерческие неспециализированные ОС. В результате возможности беспроводных коммутаторов ограничивают количество подключаемых точек доступа, что в свою очередь определяет число требуемых коммутаторов. Однако намного легче выполнить модернизацию одного беспроводного коммутатора, чем 30-40 точек доступа. Некоторые производители обеспечивают масштабируемость беспроводных коммутаторов путем установки дополнительных модулей. Но даже если такая возможность не предусмотрена, то все равно легче заменить одно устройство, чем множество точек доступа.

И все же из большого количества факторов, которые следует принимать во внимание при разворачивании беспроводных сетей, архитектура не является основным. Главное, чтобы сеть выполняла необходимые функции, чтобы поставщик обеспечил требуемый уровень поддержки и чтобы устройства соответствовали заявленным характеристикам.

Беспроводные сети, хотя еще и не присутствуют повсеместно, распространяются с удивительной быстротой. На Западе уже несколько лет они находят свое применение в медицинских учреждениях, крупных магазинах розничной торговли и на складах. Когда появились новые высокоскоростные стандарты, крупные корпорации начали интенсивно разворачивать беспроводные сети для подсоединения служащих к своей информационной системе.

Серьезным стимулом к внедрению WLAN является и тот факт, что все больше ноутбуков оснащаются беспроводными сетевыми адаптерами, во многих случаях поддерживающими более одного стандарта. Кроме того, сфера использования беспроводных технологий постоянно расширяется. Сегодня она включает офисную периферию и мобильные устройства класса PDA. Беспроводными возможностями наделяются принтеры, сканеры, карманные компьютеры, так что пользователи могут проверить почту, синхронизировать данные и календарь, печатать "на лету", осуществлять на ходу доступ к Интернет. Производители сотовых телефонов и телефонных бизнес-систем планируют встроить беспроводные технологии семейства 802.11 в свои продукты с тем, чтобы снизить стоимость переговоров посредством передачи голоса поверх IP (VoIP). Так что сегодня практически во всех видах бизнеса, в медицине и образовании явно или неявно осуществляются инвестиции в беспроводные продукты. Поэтому выбор клиента с подходящей беспроводной технологией может не только значительно упростить разворачивание WLAN в будущем, но и сделать ее более продуктивной и безопасной.

Строго говоря, аббревиатура WLAN обозначает локальную (т. е. в пределах офиса) вычислительную сеть, в которой обмен данными осуществляется с помощью радиосигналов и описывается стандартом IEEE 802.11, являющимся расширением IEEE 802.3 для проводных локальных сетей.

Термин WLAN сегодня относится к любому из трех основных видов беспроводных сетей: 802.11a, 802.11b или 802.11g. Термин Wi-Fi (Wireless Fidelity) технически должен применяться только к продуктам WLAN 802.11a/b/g, которые индустриальная группа Wi-Fi Alliance сертифицировала как соответствующие вышеупомянутым стандартам и совместимые с WLAN-продуктами других производителей. Группа Wi-Fi Alliance (бывшая Wireless Ethernet Compatibility Alliance) предложила и популяризовала термин Wi-Fi, который практически часто используется для обозначения беспроводных локальных сетей. Перейдем теперь к описанию стандартов, на базе которых индустрия сегодня предлагает WLAN-продукты.

Итак, вначале был IEEE 802.11. Он предусматривал работу в полосе от 2,4ГГЦ до 2,483 ГГц и два метода передачи радиосигнала с расширением спектра: метод прямой последовательности (Direct Sequence Spread Spectrum - DSSS) и упоминавшийся уже выше FHSS.

При использовании FHSS передатчик и приемник переключаются на узкополосные несущие разной частоты в определенной последовательности, которая кажется случайной. Схема предусматривает разбивки выделенной полосы частот на 79 поддиапазонов шириной 1 МГц каждый. В качестве модуляции применяется двухуровневое гауссово переключение частот (2-level GFSK), что позволяет достичь скорости передачи данных 1 Мбит/с.

В методе DSSS весь диапазон 2,4 ГГц делится на пять перекрывающихся 26-мегагерцевых поддиапазонов. Информация передается по каждому из каналов без переключения на другие. Значение каждого бита кодируется с помощью избыточной 11-битной последовательности Баркера (Barker) - {10110111000}. Она имеет определенные математические свойства, делающие ее весьма эффективной для кодирования. Над исходным потоком битов выполняется операция XOR с кодовым словом Баркера, в результате чего получается последовательность данных, называемых чипами (chips). Другими словами, каждый бит данных кодируется с помощью 11-битного кода Баркера, и каждая группа из 11 чипов кодирует один бит данных. Затем каждая 11-битная последовательность чипов преобразуется в волновую форму или символ и модулируется. Если в качестве схемы модуляции используется двухпозиционная фазовая манипуляция (BPSK), т. е. один фазовый сдвиг на каждый бит, то скорость передачи составит 1 Мбит/с. Для достижения в два раза большей скорости применяется квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) - с помощью четырех сдвигов фаз удается закодировать два бита в одном символе.

Дальность связи в типичных случаях составляла около 100 м. Существенно, что DSSS и FHSS имеют совершенно разные механизмы сигнализации и поэтому несовместимы. Остановимся несколько подробнее на архитектуре сети 802.11, поскольку она осталась базовой и для последующих версий этого стандарта.

Беспроводные локальные сети (WLAN) на базе 802.11 строятся с помощью двух основных типов устройств: беспроводных станций, которыми обычно являются ПК, и устройств доступа, или, как их называют в англоязычной литературе, "точек доступа" (Access Point - AP). Последние действуют как мосты между проводными и беспроводными сетями. Устройства доступа обычно состоят из радиотрансивера, проводного сетевого интерфейса и программного обеспечения, реализующего функции моста. Они выполняют роль базовых станций в беспроводной сети, собирая потоки данных от множества беспроводных рабочих станций в проводную сеть.

Стандарт 802.11 определяет два режима работы: режим инфраструктуры и специальный (ad hoc). В первом случае сеть содержит по крайней мере одну точку доступа, входящую в инфраструктуру проводной сети, и беспроводные станции. Такая конфигурация называется Basic Service Set (BSS). Два или более BSS, формирующие единую подсеть, образуют Extended Service Set (ESS). В специальном режиме, который иначе называется равноправным (рeer-to-peer), или Independent Basic Service Set (IBSS), множество беспроводных станций прямо взаимодействуют друг с другом без использования точек доступа или других соединений с проводной сетью. Такой режим применяется для быстрого разворачивания сети или в условиях, когда установка проводной сети из-за каких-либо факторов нежелательна.

Стандарт 802.11 не получил признания на рынке. Основными причинами были низкая скорость и высокая стоимость. А подешеветь продукты этой технологии не успели, поскольку в сентябре 1999 г. был ратифицирован стандарт IEEE 802.11b, который предлагал скорость передачи до 11 Мбит/с.

Спецификация 802.11b определяет только один метод передачи - DSSS. Таким образом, сети 802.11b будут взаимодействовать с системами 802.11 DSSS, но не с 802.11 FHSS. Для увеличения скорости передачи используется более совершенная техника кодирования, предложенная в 1998 г. компаниями Lucent и Harris Semiconductor (ныне входящей в Intersil). Она называется Complementary Code Keying (CCK), что можно перевести как манипуляция с помощью дополнительного кода. Здесь вместо кода Баркера применяется последовательность кодов, называемых дополнительными (Complementary Sequences). Она состоит из 64 8-чиповых кодирующих слов и позволяет закодировать одним словом вплоть до 6 бит. Затем код CCK

модулируется с помощью схемы QPSK, точно такой же, как и в методе 802.11 DSSS. Это добавляет к символу еще два бита. Символы посылаются с частотой 1,375 Мбит/с, что и дает в результате пропускную способность 11 Мбит/с.

Можно заметить, что 802.11b является не самостоятельной разработкой, а всего лишь модификацией стандарта 802.11 - по сути, в первом применена более эффективная схема кодирования. Поэтому неудивительно, что продукты 802.11b появились на рынке той же осенью 1999 г. А вот путь к потребителю устройств стандарта 802.11a, который был ратифицирован одновременно с 802.11b, оказался более трудным -- они вышли лишь через два года, осенью 2001 г. Это не должно вызывать удивления, потому что ничего общего у них, кроме использования радиоинтерфейса, не было.

Спецификация 802.11a предусматривает скорость передачи данных до 54 Mbps, правда, для этого задействуется более емкий информационный канал - полоса частот от 5,15 ГГц до 5,825 ГГц. Кроме разных радиодиапазонов, стандарты 802.11b и 802.11a определяют принципиально различные методы передачи. Если в первом случае используется одна несущая, то во втором -- множество несущих (MultiCarrier Modulation - MCM). Схема, применяемая в 802.11a, называется мультиплексированием с разделением по ортогональным частотам (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM). Главный принцип заключается в том, чтобы разделить основной поток битов на ряд параллельных подпотоков с низкой скоростью передачи и затем использовать их для модуляции соответствующего числа несущих. В итоге, схема BPSK дает скорость передачи 6 Мбит/с, QPSK удваивает это значение, последующее удвоение достигается с помощью 16QAM, ну и, наконец, схема 64QAM позволяет получить 54 Мбит/с.

Как легко видеть, стандарт IEEE 802.11a оказался не совместимым ни с вариантом 802.11b, ни с базовым беспроводным стандартом IEEE 802.11. В то же время первый был благожелательно принят рынком, и инсталляционная база беспроводных сетей на его основе постоянно расширялась. Поэтому в июле 2000 г. была создана группа Task Group G (TGg), которой поручили миссию разработать беспроводной стандарт, использующий полосу 2,4 ГГц и обеспечивающий высокую скорость передачи. После полутора лет работы группа подготовила предварительный вариант нового стандарта, который получил название 802.11g и был ратифицирован в июне 2003 г.

Стандарт 802.11g использовал схему мультиплексирования OFDM, что позволило достичь пропускной способности 54 Мбит/с. Для обеспечения совместимости с сетями 802.11b он предусматривал поддержку механизма кодирования CCK/Barker. О том, как рынок принял 802.11g, говорит тот факт, что продукты, в которых были реализованы два варианта радиоинтерфейса 11a и 11g появились еще в апреле 2003 г., более чем за два месяца до официального утверждения стандарта IEEE.

В таблице 1.1 приведены основные характеристики беспроводных сетей на базе рассмотренных стандартов.

Таблица 1.1 - Основные характеристики беспроводных сетей

Стандарт	802.11b	802.11a	802.11g
Частота, ГГц	2,4	5	2,4
Максимальная теоретическая пропускная способность, Мбит/с	11	54	54
Реальная пропускная способность на расстоянии 6-18 м, Мбит/с	4-6	15-20	15-20
Типичный радиус покрытия в помещении, м.	45	23	45
Схема сигнализации	DSSS	OFDM	OFDM
Совместимость	Совместим с продуктами 11g, если они работают в смешанном режиме	Несовместим, но может сосуществовать с 11b и 11g	Обратно совместим с продуктами 11b
Приблизительное число пользователей на одну АР	32	64	64
Число не перекрывающихся каналов	3	12	3

1.3 Предоставление услуги сети Интернет ООО «ДатаЛайн»

ООО «ДатаЛайн» предоставляет услуги сети Интернет посредством радиодоступа.

На данном этапе все базовые станции компании включены в единую локальную сеть передачи данных с возможностью выхода в Интернет.

Уже сегодня клиенты имеют возможность оперативно работать со своими партнерами по всему миру. Сеть передачи данных позволяет решить проблему информационной изоляции , предоставляя возможность деловым кругам укрепить свои позиции на рынке и преуспеть в условиях возрастающей конкуренции, а населению - подключиться к Интернету и стать полноправными членами современного информационного общества.

Доступ к сети Интернет может быть получен несколькими способами:

- по коммутируемым или выделенным линиям, по технологии радиодоступа, а также подключение ведомственных корпоративных сетей;

- посредством подключения к существующей кабельной структуре.

Остановимся на последнем пункте поподробнее. Так как установка радиооборудования для каждого клиента требует с его стороны достаточно больших капиталовложений, что в несколько раз уменьшает количество потенциальных пользователей, решено было создать кабельную структуру на базе коммутаторов.

Далее локальная сеть районного масштаба подключается к единой точке доступа, которая имеет выход по радиоканалу в существующую внутреннюю локальную сеть компании.

Этот способ достаточно экономичен с точки зрения организации, так как не требует достаточно сложного монтажа и настройки радиоантенн. Пользователей же устраивает минимальная сумма подключения по сравнению с установкой более дорогостоящего оборудования.

Плюсом можно считать и тот факт, что в данном сегменте сети скорость передачи данных между пользователями составляет до 100 Мбит/с, что существенно уменьшает время на прием и передачу информации.

2. Характеристика проектируемой сети

В дипломном проекте рассматривается существующая структура локальной сети, ООО «ДатаЛайн» с доступом к ресурсам Интернет по радиоканалу.

Данная ЛВС состоит из 17 узлов, расположенных в Кировском районе города. Узлы строятся на 24-портовых управляемых коммутаторах и соединяются между собой кабелем П-296. Оборудование монтируется в специальных сейфах и располагается на технических этажах жилых домов. К каждому узлу подключено порядка 6 ПК по витой паре.

В связи с тем, что практически в каждом коммутаторе остаются незадействованные порты, имеется возможность дальнейшего расширения без дополнительных затрат на установку оборудования.

Топология сети комбинированная - «звезда-шина». В будущем планируется замыкание удаленных узлов в кольцо для создания дополнительных резервных путей.

Локальная сеть объединяет порядка 70 пользователей, проживающих в Кировском районе г. Хабаровска. Сеть построена посредством объединения узлов.

Узел представляет собой объединение нескольких ПК одного жилого дома каждый из которых соединен отдельным проводом -- витой парой -- с коммутатором. Компьютеры клиентов подключаются в 24 портовый коммутатор. Два порта используются для магистральных каналов к остальным подключаются ПК. Таким образом в одном узле можно объединить до 22 пользователей. Для подключения ПК к сети необходима так же сетевая карта, обеспечивающая двусторонний обмен данными между машиной и локальной сетью. Как правило, особых требований к ней не предъявляется. Карта может быть встроенная в материнскую плату или подбирается таким образом, чтобы соответствовать требуемым стандартам.

Узлы реализованы на коммутаторах типа PLANET WSW-2401. В устройство узла помимо коммутатора входит ИБП (источник бесперебойного питания), розетка 220 В и грозоразрядник. Все это монтируется в специальных железных ящиках на тех. этажах жилых домов.

В сети установлено 17 коммутаторов располагающихся по следующим адресам:

- ул. Серышева 3

- ул. Серышева 9

- ул. Серышева 11

- ул. Калинина 132

- ул. Калинина 134

- ул. Калинина 136

- ул. Калинина 138

- ул. Запарина 117-б

- ул. Запарина 119

- ул. Запарина 123

- ул. Запарина 126

- ул. Запарина 127

- ул. Запарина 135

- ул. Запарина 137

- ул. Фрунзе 116

- ул. Фрунзе 126

- ул. Яшина 38

- ул. Красноармейская, 6

Диаметр рассматриваемой сети составляет примерно 600 м. Магистральная кабельная система построена с использованием кабеля П-296, длина каждого магистрального отрезка не более 200 метров. Основная задача магистральной кабельной системы - обеспечение надежной связи между узлами и конечного узла со шлюзом сети Интернет.

Доступ к шлюзу Интернет осуществляется через сервер, работающий под ОС LINUX и выполняющего функцию маршрутизатора. Сервер располагается по адресу: Серышева, 3 в центральном офисе компании. Этот сервер при помощи точки доступа фирмы Z-COM, который выполняет функции ретранслятора и межсетевого моста, обеспечивает беспроводную связь между шлюзом Интернет и кабельной сетью. Второй составляющей моста является точка беспроводного доступа AVAYA WavePOINT-II.

Для работы радиоканала кроме качественного активного устройства потребуется пассивная часть - антенна и подводящий кабель (антенно-фидерный тракт). Антенна используется секторная с решетчатой фидерной частью.

2.1 Разработка структурной схемы сети и требуемое оборудование

Проектируемая локальная сеть (ЛВС) должна обеспечивать надежное централизованное хранение и защиту данных, передавать данные с высокой скоростью и связываться с другими локальными сетями. Кроме того, дальнейшее расширение сети не должно быть связано с высокими затратами. При подключении новых пользователей сеть должна позволить простое расширение.

В нашем случае для проектируемой сети возможны следующие способы использования:

- связь между пользователями;

- использование сетевых ресурсов;

- совместное использование файлов и СУБД;

- организованное управление, резервное копирование, создание общей базы данных;

- связь с другими ЛВС.

Выбор типа сети.

На основании вышеизложенного анализа использования сети и исходных данных выберем сеть на основе сервера. Сервер в сети клиент-сервер представляет собой ПК с жестким диском либо отдельный многопроцессорный блок, не выполняющий функции обычного ПК, на котором можно хранить приложения и файлы, доступные для других ПК в сети. Сервер может также управлять доступом к периферийным устройствам и используется для выполнения сетевой операционной системы.

Обосновать наш выбор можно следующими условиями:

- необходим одновременный доступ более 10 пользователей. Вероятность одновременной работы более 10 пользователей в ночное время достаточно высока. Это обусловлено наименьшей стоимостью трафика в вечернее время суток по сравнению с дневными часами;

- по условию необходимо обеспечить высокую безопасность данных. Одноранговые сети (без сервера) не могут этого позволить;

- по условию необходимо обеспечить связь с другими центрами. Сервер позволяет осуществлять доступ к объединенным сетям и выход в глобальную;

- примем сеть на основе выделенного файл-сервера, который будет выполнять следующие функции согласно условию и необходимым требованиям:

а) администрирование сети;

б) защита данных.

Термин файловый сервер относится к компьютеру, основной функцией которого является хранение, управление и передача файлов данных. Он не обрабатывает и не изменяет сохраняемые и передаваемые им файлы. Сервер может "не знать", является ли файл текстовым документом, графическим изображением или электронной таблицей. В общем случае на файловом сервере может даже отсутствовать клавиатура и монитор. Все изменения в файлах данных осуществляются с клиентских рабочих станций. Для этого клиенты считывают файлы данных с файлового сервера, осуществляют необходимые изменения данных и возвращают их обратно на файловый сервер. Подобная организация наиболее эффективна при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В рамках больших сетей может одновременно использоваться несколько файловых серверов.

Выбор топологии сети.

Проведем анализ построения локальной сети по методу «звезда» и «шина».

Подключение по методу «шина». Коммутаторы соединены последовательно на нескольких "лучах", которые, в свою очередь, могут иметь многочисленные разветвления.

Подобная сеть очень дешева, и вполне способна развиваться за счет подключения новых пользователей. До определенных пределов она достаточно надежна, и обеспечивает приемлемую скорость.

Поэтому традиционный вопрос начинающих сетестроителей "сколько можно соединить последовательно коммутаторов" представляется совсем в ином свете. Если принимать во внимание только техническую (или теоретическую) работоспособность, данные можно передавать и по линии из 30-50 коммутаторов. Но строить такую сеть, мягко говоря, не рационально - практика показывает, что уже при 15-20 последовательно соединенных устройствах (причем нет разницы, какого типа применяется оборудование) сеть становится практически неработоспособной (разумеется, с точки зрения последнего абонента в "шине").

В рассматриваемой сети проблема большого числа коммутаторов решена за счет ограничения скорости между клиентом и коммутатором до 10 Мбит/с, при этом скорость на магистральных участках составляет 100 Мбит/с. Таким образом не возникает проблемы загруженности магистральных участков.

В свою очередь, "Звезда" несколько лучше приспособлена для предоставления обычной для локальной сети централизованной услуги. Действительно, в ЛВС почти всегда есть сервер или маршрутизатор, для доступа к которому (по большому счету) и построена сеть. Общение пользователей "напрямую" не слишком нужно, а часто и просто запрещено по соображениям безопасности.

Кроме этого, кольцевая топология является избыточной по числу связей, а значит и более дорогой. А вопрос надежности стоит не слишком остро из-за небольших размеров "обычной" ЛВС.

На основе предыдущего анализа выберем комбинированную топологию «звезда-шина». В нашем случае это будет наиболее оптимальным вариантом. Топология будет представлять собой объединение топологий «звезда» одной общей шиной.

Комбинированная топология отвечает следующим технико-экономическим условиям:

- низкая стоимость расширения сети (в части сети «звезда» новая машина лишь подключается к разъему коммутатора);

- подобная сеть отвечает классическим требованиям стандарта Ethernet (большие длины сегментов - до 100 м, большое число компьютеров в сети - до 1024);

- в значительной степени удовлетворяет прочим требованиям (разводка кабеля, защита данных, обслуживание).

Выбор кабельной системы.

Для выбора кабельной системы проанализируем географическое расположение зданий, количество компьютеров и топологию сети.

- расстояние между зданиями около 100 метров;

- требуется 16 коммутаторов;

- желательна низкая стоимость кабельных соединений. Защита данных должна отвечать требованиям условия. Должна быть простота монтажа и обслуживания (имеется в виду, что мелкий неквалифицированный ремонт и обслуживание может проводиться пользователями), не исключен напряженный трафик.

Итак, для соединения рабочих станций с коммутаторами выберем кабель «витая пара» (Twisted Pair). Он будет отвечать следующим требованиям:

- марка кабеля 10 Base T неэкранированный (Unshielded Twisted Pair - UТР);

- кабель достаточно гибкий, что упростит прокладку кабеля по стенам здания;

- обеспечивает большую скорость передачи данных (до 100 Мбит/с);

- отвечает требованиям длины (длина всех соединений с хабом менее 100 м).

Однако, для лучшей сохранности большого объема данных, и как требует того конструкция концентратора, коммутаторы между собой будем соединят кабелем типа П-296.

Его преимущества в нашем случае следующие: достаточно дешев и гибок, хотя и не настолько, как витая пара; отвечает условиям активной длины; хорошая защищенность данных и помехоустойчивость, удовлетворительный монтаж.

Далее, пассивная часть кабельной системы будет собой представлять совокупность следующих узлов: непосредственно кабель 10 Base T Level 5 UTP; розетки настенные RJ-45, патч-корды RJ45/L5.

Выбор сетевой карты.

Сетевая карта осуществляет низкоуровневую связь компьютеров с целью обмена данными и обобществления ресурсов. При помощи сетевых карт в сеть могут быть включены не только компьютеры, но и другие программируемые устройства, например, принтеры.

Основные характеристики сетевых карт:

- внутренняя и внешняя разрядность ;

- скорость передачи данных;

- поддерживаемая среда или топология сети;

- характер соединения с сетью и др.

Сетевые карты выпускаются 16-ти и 32-разрядные. Скорость передачи данных-- до 56 кБит/с и более. Карты выпускаются для различных сетевых сред: Ethernet, IBM PC Network, IBM PC Token Ring, ARCNET, Novell NetWare. Сетевые карты подключаются к коаксиальному, оптоволоконному, витой паре и другим сетевым кабелям.

Для примера можно остановить свой выбор на сетевых картах следующих маркировок: 3COM 3C905C-TX-NM; Acorp L-100 (RTL-8139) UTP 10/100 PCI; D-Link DE-528T.

Данные платы имеют достаточно низкую цену, у них предусмотрен вход как для «витой пары», так и для коаксиального кабеля.

Для установки карты на машину достаточно вставить ее в слот сетевого расширения на материнской плате компьютера (Mother Board) и затем запустить утилиту установки нового оборудования. Программа сама определит тип карты и инсталлирует для нее необходимые драйверы.

Выбор типа сервера.

В нашем случае выбираем сеть с выделенным сервером - здесь сервер выполняет функции маршрутизации. На таком компьютере выполняется операционная система. Рабочие станции взаимодействуют через сервер.

Достоинства: выше скорость обработки данных (определяется быстродействием центрального компьютера, и на сервер устанавливается специальная сетевая операционная система, рассчитанная на обработку и выполнение запросов, поступивших одновременно от нескольких пользователей); обладает надежной системой защиты информации и обеспечения секретности; проще в управлении по сравнению с равноправными.

Недостатки: такая сеть дороже из-за сервера; менее гибкая по сравнению с равноправной.

Протокол обмена представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.

Выбор сетевого программного обеспечения.

Серверы на базе ОС Linux чрезвычайно гибки и просты в использовании в качестве Web-серверов, серверов приложений, баз данных, электронной почты, для работы с файлами и печати, а также как маршрутизаторы, экраны межсетевой защиты и комбинаций перечисленных выше функций. Серверные решения на базе отказоустойчивой ОС Linux обеспечивают высоконадежное функционирование и высокую степень защиты от посторонних воздействий. Встроенный FireWall позволяет пользователям безопасно пользоваться сетью Интернет, а управляемый список сайтов с запрещенным содержанием блокирует доступ к нежелательным ресурсам. Также имеется встроенный генератор отчетов о времени, трафике каждого пользователя, что позволяет легко контролировать распределение ресурсов. Гибкая система управления правами как групповых, так и индивидуальных пользователей обеспечивает максимальную внутрисетевую защиту.

Linux -- это наиболее эффективный путь превратить персональный компьютер в профессиональную рабочую станцию, дать доступ к Интернет всем машинам локальной сети, создать устойчивую серверную платформу для внутрифирменной связи.

Выбор сетевого протокола.

Транспортный протокол TCP/IP for Windows в настоящее время является наиболее продвинутым протоколом для работы по сети в среде Windows. Рассмотрим его основные характеристики и функции.

TCP/IP for Windows

Изготовитель: NetManage (USA)

Функции пакета в среде Windows

Telnet: есть

FTP: есть.

NFS: есть.

Почта: есть (SMTP для отправки, POP2 для получения).

Новости: есть.

Сервер Telnet: нет.

Сервер FTP: есть.

Наличие средств поиска информации в сети Internet: есть (Gopher-клиент).

Прочие функции: ping, whois, finger.

Пользовательский интерфейс - отличный.

Требования к программно-техническим средствам: HDD не менее 3.0 MB, ОС не ниже Windows 3.x, WIN.DLL, RAM 256КВ, процессор не хуже 80386.

Поддержка NetWare: нет.

Поддержка DNS: есть.

Средства связи по коммутируемым линиям: SLIP.

Интерфейс для работы по ЛВС: свои драйверы плат ЛВС.

Наличие средств настройки авторизации: есть.

Документация: фирменный комплект полной документации; язык - русский.

Состав установочного комплекта: 2 дискеты по 1,44 Мб.

Наличие исходных текстов: нет.

Примечания: имеет в своем составе NFS-сервер, может работать как маршрутизатор пакетов.

Рекомендации по использованию пакета в сети.

Пакет TCP/IP for Windows обладает полным набором услуг сети Интернет. Кроме этого TCP/IP for Windows имеет в своем составе NFS-сервер, а также может работать маршрутизатором сети. На сегодняшний день TCP/IP for Windows может быть признан лучшим пакетом для операционной среды MS Windows.

TCP/IP for Windows может быть рекомендован тем абонентам сети, которым необходим пакет абонентского программного обеспечения для MS-Windows. Он также может быть рекомендован в качестве маршрутизатора для связи небольшой ЛВС с сетью.

Выбор методов защиты сети и данных.

Возможные виды потерь информации в ПК:

- ПЭМИH - собственно электромагнитное излучение от ПК;

- наведенные токи в случайных антеннах- перехват наводок в проводах (телефонных, проводного радио), кабелях (ТВ антеннах, например), которые проходят вблизи, но не связанных гальванически с ПК, даже в отопительных батареях (отопление изолировано от земли);

- наводки и паразитные токи в цепях, гальванически связанных с РС (питание, кабель ЛВС, телефонная линия с модемом и т.п.);

- неравномерное потребление тока в питании - в основном для электромеханических устройствах (для современных ПК маловероятен);

Какие применяются меры:

- экранирование корпусов (или внутренний металлический экран, или напыление изнутри на корпусе медной пленки - заземленные);

- установка на экран трубки монитора или сетки, или дополнительного стекла с заземленным напылением;

- на все кабели ставят электромагнитные фильтры (это, как правило, специальные сердечники), дополнительную оплетку экрана;

- локальные экраны на платы адаптеров;

- дополнительные фильтры по питанию;

- дополнительный фильтр в цепь ЛВС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Сеть доступа в Интернет абонентов жилого массива

3. Разработка узла доступа

Для устойчивого и надежного соединения пользователей локальной сети к Интернет, целесообразно организовать несколько узлов - один основной и несколько резервных на случай выхода из строя основного.

Основной действующий узел доступа организован в главном офисе компании по адресу: ул. Серышева, 3. Данный узел использует радиоподключение и состоит из сервера на базе ОС LINUX, основное назначение которого маршрутизация пакетов из локальной сети в Интернет, и точки беспроводного доступа Z-COM. Максимальная предельная пропускная способность данного узла 6-8 Мбит/с.

На данный момент производится организация трех дополнительных резервных путей. интернет модемный сеть коммутатор

Один узел организуется путем подключения коммутатора, расположенного по адресу: ул. Серышева, 9 по оптоволокну к существующей точке доступа ООО «ДатаЛайн» на Серышева, 42, через оптический конвертор. Пропускная способность данного узла будет составлять 100 Мбит/с и узел будет являться основным после его сдачи в эксплуатацию, а действующий на данный момент маршрутизатор не будет обслуживать локальную сеть.

Второй резервный узел будет организован путем подключения коммутатора на Запарина, 123 к оптической магистрали на Серышева, 42 по медному кабелю, через модемы VDSL. Пропускная способность этого узла будет составлять 11 Мбит/с.

Третий резервный узел будет получен в результате прокладки кабеля от Красноармейской, 6 до существующего на данный момент узла радиодоступа на Яшина, 38. В последствии данный узел будет задействован как резервный с подключением к точке доступа на Серышева, 42.

Легко видеть, что все три планируемых подключения имеют общую конечную точку на Серышева, 42, где будет установлен маршрутизатор для обслуживания этих узлов.

В качестве маршрутизатора предполагается установка роутера MikroTik.

4. Расчеты трафика

4.1 Основные характеристики коммутатора

Данная локальная сеть строится на коммутаторах, поэтому в этой главе рассматриваются основные характеристики производительности коммутаторов.

Основными характеристиками коммутатора, измеряющими его производительность, являются:

- скорость фильтрации (filtering);

- скорость маршрутизации (forwarding);

- пропускная способность (throughput);

- задержка передачи кадра.

Кроме того, существует несколько характеристик коммутатора, которые в наибольшей степени влияют на указанные характеристики производительности. К ним относятся:

- размер буфера (буферов) кадров;

- производительность внутренней шины;

- производительность процессора или процессоров;

- размер внутренней адресной таблицы.

Скорость фильтрации и продвижения кадров - это две основные характеристики производительности коммутатора. Эти характеристики являются интегральными показателями, они не зависят от того, каким образом технически реализован коммутатор.

Скорость фильтрации определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

- прием кадра в свой буфер;

- просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;

- уничтожение кадра, так как его порт назначения совпадает с портом-источником.

Скорость продвижения определяет скорость, с которой коммутатор выполняет следующие этапы обработки кадров:

- прием кадра в свой буфер;

- просмотр адресной таблицы с целью нахождения порта для адреса назначения кадра;

- передача кадра в сеть через найденный по адресной таблице порт назначения.

Как скорость фильтрации, так и скорость продвижения измеряются обычно в кадрах в секунду. Если в характеристиках коммутатора не уточняется, для какого протокола и для какого размера кадра приведены значения скоростей фильтрации и продвижения, то по умолчанию считается, что эти показатели даются для протокола Ethernet и кадров минимального размера, то есть кадров длиной 64 байта (без преамбулы), с полем данных в 46 байт. Если скорости указаны для какого-либо определенного протокола, например, Token Ring или FDDI, то они также даны для кадров минимальной длины этого протокола (например, кадров длины 29 байт для протокола FDDI).

Применение в качестве основного показателя скорости работы коммутатора кадров минимальной длины объясняется тем, что такие кадры всегда создают для коммутатора наиболее тяжелый режим работы по сравнению с кадрами другого формата при равной пропускной способности переносимых пользовательских данных. Поэтому при проведении тестирования коммутатора режим передачи кадров минимальной длины используется как наиболее сложный тест, который должен проверить способность коммутатора работать при наихудшем сочетании для него параметров трафика. Кроме того, для пакетов минимальной длины скорость фильтрации и продвижения имеют максимальное значение, что имеет немаловажное значение при рекламе коммутатора.

Пропускная способность коммутатора измеряется количеством переданных в единицу времени через его порты пользовательских данных. Так как коммутатор работает на канальном уровне, то для него пользовательскими данными являются те данные, которые переносятся в поле данных кадров протоколов канального уровня - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Максимальное значение пропускной способности коммутатора всегда достигается на кадрах максимальной длины, так как при этом и доля накладных расходов на служебную информацию кадра гораздо ниже, чем для кадров минимальной длины, и время выполнения коммутатором операций по обработке кадра, приходящееся на один байт пользовательской информации, существенно меньше.

Зависимость пропускной способности коммутатора от размера передаваемых кадров хорошо иллюстрирует пример протокола Ethernet, для которого при передаче кадров минимальной длины достигается скорость передачи в 14880 кадров в секунду и пропускная способность 5,48 Мбит/с, а при передаче кадров максимальной длины - скорость передачи в 812 кадров в секунду и пропускная способность 9,74 Мбит/c. Пропускная способность падает почти в два раза при переходе на кадры минимальной длины, и это еще без учета потерь времени на обработку кадров коммутатором.

Задержка передачи кадра измеряется как время, прошедшее с момента прихода первого байта кадра на входной порт коммутатора до момента появления этого байта на выходном порту коммутатора. Задержка складывается из времени, затрачиваемого на буферизацию байт кадра, а также времени, затрачиваемого на обработку кадра коммутатором - просмотр адресной таблицы, принятие решения о фильтрации или продвижении и получения доступа к среде выходного порта.

Величина вносимой коммутатором задержки зависит от режима его работы. Если коммутация осуществляется "на лету", то задержки обычно невелики и составляют от 10 мкс до 40 мкс, а при полной буферизации кадров - от 50 мкс до 200 мкс (для кадров минимальной длины).

Коммутатор - это многопортовое устройство, поэтому для него принято все приведенные выше характеристики (кроме задержки передачи кадра) давать в двух вариантах. Первый вариант - суммарная производительность коммутатора при одновременной передаче трафика по всем его портам, второй вариант - производительность, приведенная в расчете на один порт.

Так как при одновременной передаче трафика несколькими портами существует огромное количество вариантов трафика, отличающегося размерами кадров в потоке, распределением средней интенсивности потоков кадров между портами назначения, коэффициентами вариации интенсивности потоков кадров и т.д. и т.п., то при сравнении коммутаторов по производительности необходимо принимать во внимание, для какого варианта трафика получены публикуемые данные производительности.

Оценка необходимой общей производительности коммутатора.

В идеальном случае коммутатор, установленный в сети, передает кадры между узлами, подключенными к его портам, с той скоростью, с которой узлы генерируют эти кадры, не внося дополнительных задержек и не теряя ни одного кадра. В реальной практике коммутатор всегда вносит некоторые задержки при передаче кадров, а также может некоторые кадры терять, то есть не доставлять их адресатам. Из-за различий во внутренней организации разных моделей коммутаторов, трудно предвидеть, как тот или иной коммутатор будет передавать кадры какого-то конкретного образца трафика. Лучшим критерием по-прежнему остается практика, когда коммутатор ставится в реальную сеть, и измеряются вносимые им задержки и количество потерянных кадров.

Кроме пропускных способностей отдельных элементов коммутатора, таких как процессоры портов или общая шина, на производительность коммутатора влияют такие его параметры как размер адресной таблицы и объем общего буфера или отдельных буферов портов.

Размер адресной таблицы.

Максимальная емкость адресной таблицы определяет максимальное количество MAC-адресов, с которыми может одновременно оперировать коммутатор. Так как коммутаторы чаще всего используют для выполнения операций каждого порта выделенный процессорный блок со своей памятью для хранения экземпляра адресной таблицы, то размер адресной таблицы для коммутаторов обычно приводится в расчете на один порт. Экземпляры адресной таблицы разных процессорных модулей не обязательно содержат одну и ту же адресную информацию - скорее всего повторяющихся адресов будет не так много, если только распределение трафика каждого порта не полностью равновероятное между остальными портами. Каждый порт хранит только те наборы адресов, которыми он пользуется в последнее время.

Значение максимального числа МАС-адресов, которое может запомнить процессор порта, зависит от области применения коммутатора. Коммутаторы рабочих групп обычно поддерживают всего несколько адресов на порт, так как они предназначены для образования микросегментов. Коммутаторы отделов должны поддерживать несколько сотен адресов, а коммутаторы магистралей сетей - до нескольких тысяч, обычно 4К - 8К адресов.

Недостаточная емкость адресной таблицы может служить причиной замедления работы коммутатора и засорения сети избыточным трафиком. Если адресная таблица процессора порта полностью заполнена, а он встречает новый адрес источника в поступившем пакете, то он должен вытеснить из таблицы какой-либо старый адрес и поместить на его место новый. Эта операция сама по себе отнимет у процессора часть времени, но главные потери производительности будут наблюдаться при поступлении кадра с адресом назначения, который пришлось удалить из адресной таблицы. Так как адрес назначения кадра неизвестен, то коммутатор должен передать этот кадр на все остальные порты. Эта операция будет создавать лишнюю работу для многих процессоров портов, кроме того, копии этого кадра будут попадать и на те сегменты сети, где они совсем необязательны.

Некоторые производители коммутаторов решают эту проблему за счет изменения алгоритма обработки кадров с неизвестным адресом назначения. Один из портов коммутатора конфигурируется как магистральный порт, на который по умолчанию передаются все кадры с неизвестным адресом. В маршрутизаторах такой прием применяется давно, позволяя сократить размеры адресных таблиц в сетях, организованных по иерархическому принципу.

Передача кадра на магистральный порт производится в расчете на то, что этот порт подключен к вышестоящему коммутатору, который имеет достаточную емкость адресной таблицы и знает, куда нужно передать любой кадр. Пример успешной передачи кадра при использовании магистрального порта приведен на рисунке 4.1. Коммутатор верхнего уровня имеет информацию о всех узлах сети, поэтому кадр с адресом назначения МАС3, переданный ему через магистральный порт, он передает через порт 2 коммутатору, к которому подключен узел с адресом МАС3.