Московский Государственный Горный Университет

Кафедра Автоматизированных Систем Управления

Курсовой проект

по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

на тему: «Проектирование локальной вычислительной сети»

Выполнил:

Ст. гр. АС-1-06

Юрьева Я.Г.

Проверил:

проф., д. т. н. Шек В.М.

Москва 2009

Введение

1 Задание на проектирование

2 Описание локально-вычислительной сети

3 Топология сети

4 Схема локальной сети

5 Эталонная модель OSI

6 Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети

7 Сетевые протоколы

8 Аппаратное и программное обеспечение

9 Расчет характеристик сети

Список используемой литературы

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, объединяющую компьютеры и периферийное оборудование на ограниченной территории, обычно не больше нескольких зданий или одного предприятия. В настоящее время ЛВС стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более 1 компьютера.

Основные преимущества, обеспечиваемые локальной сетью – возможность совместной работы и быстрого обмена данными, централизованное хранение данных, разделяемый доступ к общим ресурсам, таким как принтеры, сеть Internet и другие.

Еще одной важнейшей функцией локальной сети является создание отказоустойчивых систем, продолжающих функционирование (пусть и не в полном объеме) при выходе из строя некоторых входящих в них элементов. В ЛВС отказоустойчивость обеспечивается путем избыточности, дублирования; а также гибкости работы отдельных входящих в сеть частей (компьютеров).

Конечной целью создания локальной сети на предприятии или в организации является повышение эффективности работы вычислительной системы в целом.

Построение надежной ЛВС, соответствующей предъявляемым требованиям по производительности и обладающей наименьшей стоимостью, требуется начинать с составления плана. В плане сеть разделяется на сегменты, подбирается подходящая топология и аппаратное обеспечение.

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

В сети с топологией «шина» (рис.1.) компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов.

Рис.1. Топология «Шина»

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Так как кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

· характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

· частота, с которой компьютеры передают данные;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип сетевого кабеля;

· расстояние между компьютерами в сети.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору - для увеличения длины кабеля. К любому свободному - неподключенному - концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, LAN - Local Area Network) — это совокупность аппаратного и программного обеспечения, позволяющего объединить компьютеры в единую распределенную систему обработки и хранения информации. Все сервисы и дополнительные устройства также важны, но они не заработают в отсутствии грамотно спроектированной и смонтировано локальной сети. К аппаратному обеспечению можно отнести компьютеры, с установленными на них сетевыми адаптерами, повторители, концентраторы, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы и др., соединенные между собой сетевыми кабелями. К программному обеспечению можно отнести сетевые операционные системы и протоколы передачи информации. Расстояние между компьютерами объединяемыми в ЛВС обычно не превышает нескольких километров, что связано с затуханием электрического сигнала в кабелях. Технология виртуальных частных сетей (VPN - Virtual Private Network) позволяет через Internet или линии телефонной связи объединять в единую ЛВС несколько ЛВС, разнесенных на тысячи километров.

Основные возможности локальных (компьютерных) сетей:

• Передача файлов. Во-первых, экономится бумага и чернила принтера. Во-вторых, электрический сигнал по кабелю из отдела в отдел движется гораздо быстрее, чем любой сотрудник с документом.
• Совместное использование файлов данных и программ. Теперь нет необходимости дублировать данные на каждом компьютере. В случае если данные бухгалтерии одновременно нужны руководству и планово-экономическому отделу, нет необходимости отнимать время и нервы у бухгалтера, отвлекая его от калькуляции себестоимости каждые три секунды. Сеть позволяет пользователям работать с программой одновременно и видеть данные, вносимые друг другом.
• Совместное использование принтеров и другого оборудования. Значительно экономятся средства на приобретение и ремонт техники, т.к. нет никакой необходимости устанавливать принтер у каждого компьютера, достаточно установить сетевой принтер.
• Электронная почта и системы обмена мгновенными сообщениями. Помимо экономии бумаги и оперативности доставки, исключается проблемы типа "Был, но только что вышел. Зайдите (подождите) через полчаса", "Мне не передали". Когда бы занятый товарищ ни вернулся, письмо будет ждать его.
• Координация совместной работы. При совместном решении задач, каждый может оставаться на рабочем месте, но работать "в команде". Для менеджера проекта значительно упрощается задача контроля и координирования действий, т.к. сеть создает единое, легко наблюдаемое виртуальное пространство с большой скоростью взаимодействия территориально разнесенных участников.
• Упорядочивание делопроизводства, контроль доступа к информации, защита информации: Чем меньше потенциальных возможностей потерять (забыть, положить не в ту папку) документ, тем меньше таких случаев будет. В любом случае, гораздо легче найти документ на сервере (автоматический поиск, всегда известно авторство документа), чем в груде бумаг на столе. Сеть также позволяет проводить единую политику безопасности на предприятии, меньше полагаясь на сознательность сотрудников: всегда можно четко определить права доступа к документам и протоколировать все действия сотрудников.

В последнее время большое распространение получили т.н. беспроводные сети, основанные на передаче информации по защищенным радиоканалам. Такого рода оборудование используется там, где нет возможности проложить кабель, для соединения отдельно стоящих зданий, для подключения с мобильных и карманных компьютеров и т.п. Смешанные системы (одновременное использование в ЛВС кабельных и беспроводных технологий) - наиболее перспективный вариант построения локальных сетей предприятия.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кировское областное государственное образовательное

бюджетное учреждение среднего профессионального образования

«Кировский авиационный техникум»

Локальная вычислительная сеть предприятия

Студентка группы В-32

Осотова К.В.

Преподаватель

Кириллова Л.А.

Введение

Впервые идея связать несколько независимо работающих компьютеров в единую распределенную вычислительную систему пришла инженерам еще в середине 60-х годов XX века. А первый успешный эксперимент по передаче дискретных пакетов данных между двумя компьютерами провел в 1965 году молодой исследователь из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Лари Роберте. Алгоритмы передачи данных, предложенные Робертсом, во многом послужили основой для построенной в 1969 году по инициативе американского "Агентства перспективных научных исследований" (Advanced Research Projects Agency, ARPA) глобальной вычислительной сети ARPANet, а она впоследствии, объединившись с несколькими другими существовавшими на тот момент сетями, стала фундаментом, на котором вырос современный Интернет.

Сверхбыстрое развитие компьютерной техники привело к огромному росту компьютерного парка.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) -- это совокупность компьютеров и других средств вычислительной техники (активного сетевого оборудования, принтеров, сканеров и т.п.), объединенных с помощью кабелей и сетевых адаптеров и работающих под управлением сетевой операционной системы.

Если компьютеры территориально не разобщены (находятся в пределах одного-двух зданий), то несложно организовать локальную вычислительную сеть, которая будет экономически выгодна.

Преимуществ создания локальной сети множество: такая сеть может применяться для обработки текстов, выступать в роли собственной информационной системы, внешней базы данных, для выполнения числовых расчетов, являться информационной системой в управлении, планировании, учете, проектировании и т.п.

Основными компонентами ЛВС являются:

рабочие станции;

платы интерфейса;

серверы сети;

Каждое из устройств ЛВС подключено к кабелю передачи данных, что позволяет им взаимодействовать.

Целью курсового проекта является создание вычислительной сети колледжа, представляющего собой восемь зданий, каждое из которого состоит из двух этажей, которая должна иметь возможность обеспечить пользователям сети совместное использование ресурсов всех компьютеров. На этаже имеется 2 рабочих группы, каждая из которых включает в себя 10 рабочих станций.

Разрабатываемая локальная вычислительная сеть должна отвечать требованиям надежности, быстродействия и расширяемости.

1 Анализ задания на проектирование

1.1 Исходные данные

1.1.1 Обследование выбранного помещения

Целью проекта является проектирование компьютерной сети для колледжа. Он включает в себя 8 зданий по 2 этажа. Расстояние между зданиями указано на рисунке 1 (в метрах).

Рисунок 1 - Схема расположения зданий колледжа

1.1.2 Расположение компьютеров в рабочих группах

Таблица 1 - Распределение рабочих станций

	Используемые этажи	Кол-во рабочих станций	Расстояние между рабочими группами

1.2 Выбор технологии

Сетевые технологии позволяют существенно повысить эффективность применения компьютеров, позволяющие создавать информационные системы, обеспечивающие решение задач дистанционного и автоматизированного обучения, хранения информации, документооборота, обмена сообщениями и организация групповой работы над проектами.

Важным является обоснованный выбор структуры локальной вычислительной сети колледжа, позволяющей не только быстро построить простую и достаточно эффективную информационную систему, но и выбрать такое решение, которое позволит сократить затраты усилий и средств, позволяющие распределять нагрузку между вычислительными сетями подразделений колледжа.

Ethernet - одна из наиболее распространенных технологий, используемых в вычислительных сетях. На сегодняшний день большинство сетевых адаптеров оснащаются интерфейсами, поддерживающие скорости 100 Мбит/с, 1 Гбит/с, 10 Гбит/с.

Преимущества использования технологий в системах управления:

– сокращение стоимости рабочих мест - не требуется разработка или оплата специализированного программного обеспечения на рабочих местах;

– сокращение стоимости поддержки - достигается за счет отсутствия специализированного программного обеспечения на рабочих местах;

– сокращение стоимости удаленного мониторинга - использование общедоступных каналов связи позволяет производить мониторинг при минимальных затратах на организацию подключения к системе;

– упрощение обучения персонала - достигается использованием единообразного пользовательского интерфейса на всех рабочих местах;

– упрощение интеграции с внешними ИС - использование открытых стандартов позволяет интегрироваться с системами, построенными по аналогичной технологии;

Недостатки:

– отсутствие гарантированного времени доставки информации - существует целый класс объектов, для которых требуется управление в режиме жесткого реального времени, в этом случае требуется дополнительные затраты на резервирование необходимой пропускной способности каналов, что не всегда эффективно по стоимости;

– отсутствие стандартизованных средств зашиты информации - предполагаются дополнительные затраты на разработку собственной системы разграничения доступа к ресурсам и защиты информации в сетях общего пользования;

– развитие телекоммуникационных и сетевых технологий.

Технология FastEthernet (IEEE 802.3u) является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

– увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

– сохранение метода случайного доступа Ethernet;

– сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: FastEthernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

– 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5, или экранированной витой паре STP Type 1;

– 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5;

– 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

1.3 Выбор топологии

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

– на состав необходимого сетевого оборудования;

– на характеристики сетевого оборудования;

– на возможности расширения сети;

– на способ управления сетью.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Выделяют 3 базовых топологии:

– шина - представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

– 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, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

– звезда - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. 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, потому что управление полностью централизовано.

Топология звезда - в сетях, использующих топологию "звезда", сетевой носитель соединяет центральный концентратор с каждым устройством, подключенным к сети. В этой топологии используется управление из центральной точки, а связь между устройствами, подключенными к сети, осуществляется посредством двухточечных линий между каждым устройством и центральным каналом или концентратором. Весь сетевой трафик в звездообразной топологии проходит через концентратор. Вначале данные посылаются концентратору, а затем концентратор переправляет их устройству в соответствии с адресом, содержащимся в данных. В сетях с топологией "звезда" концентратор может быть активным или пассивным:

– пассивный - соединяет участки сетевой среды передачи данных;

– активный концентратор не только соединяет участки среды передачи, но и регенерирует сигнал, т.е. работает как многопортовый повторитель. Благодаря выполнению регенерации сигналов, активный концентратор позволяет данным перемещаться на более значительные расстояния.

Преимущества топологии «звезда»:

– простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети;

– позволяет легко диагностировать проблемы и изменять схему прокладки;

– простая с точки зрения проектирования и установки;

– надежность - если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное к этой точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально;

– легко добавлять рабочие станции.

В некотором смысле достоинства топологии "звезда" могут считаться и ее недостатками. Например, наличие отдельного отрезка кабеля для каждого устройства позволяет легко диагностировать отказы, однако, это же приводит и к увеличению количества отрезков. В результате повышается стоимость установки сети с топологией "звезда". Другой пример: концентратор может упростить обслуживание, поскольку все данные проходят через эту центральную точку; однако, если концентратор выходит из строя, то перестает работать вся сеть. Именно такая топология подходит для данной задачи.

1.4 Выбор кабельной системы

Основой выбора кабельной системы является разработка спецификаций коммуникационного оборудования в компьютерной сети рабочих помещений с указанием расположения в них ПК и кабельных магистралей.

Выбор кабельной системы зависит от интенсивности сетевого трафика, требований к защите информации, максимального расстояния, требований к характеристикам кабеля, стоимости реализации.

Витая пара (twistedpair) -- вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Обычно для Ethernet 10Base - T используется кабель, имеющий две витые пары. Одну на передачу и одну на приём (AWG 24).

Тонкий коаксиал (RG-58 или «Тонкий Ethernet») - электрический кабель, состоящий из центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов. Волновое сопротивление 50 Ом, диаметр 0,25 дюйма, максимальная длина кабельного сегмента 185 метров. Применимо правило 5.4.3.Стандарт 10BASE2. Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше чем в витой паре.

Оптоволокно представляет собой оптический волновод - круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения принято называть волоконно оптическими светодиодами или оптическими волокнами.

Проанализировав характеристики различных типов кабеля, физическое расположение компьютеров, выбираем кабель «витая пара» 10Base-T и оптоволокно. Витая пара и оптоволокно вполне дополняют друг друга, поэтому могут быть использованы совместно. В данном случае оптоволоконный кабель - для построения магистрали, а витая пара уже для создания сети внутри помещений.

Не менее важным в проектировании вычислительной сети является и выбор кабельной подсистемы, так как надежная ВС предусматривает надежные соединения. Все соединения в сети должны быть выполнены качественно, недопустимы ненадежные контакты и другие физические повреждения. Этому уделяется важное внимание, потому что найти в неисправной сети обрыв или повреждение соединения является очень трудоемкой задачей.

Кабельная система - это важнейшая физическая среда, соединяющая компьютеры в единое целое, без которой невозможно функционирование локальной сети как таковой.

Значение кабельной системы обуславливается не только ее фундаментальностью в построении вычислительных сетей, но и тем, что неверный выбор сетевого кабеля может привести к значительному снижению производительности сети или ее некорректной работы. Именно поэтому чрезвычайно важно правильно выбрать сетевой кабель, грамотно и профессионально построить кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система (СКС) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъёмов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

СКС отличается тем, что при необходимости конфигурацию связей в сети можно легко изменить, то есть добавить коммутатор, компьютер, сегмент, и т.д. Структурированная кабельная система строится так, что каждое рабочее место должно иметь розетки для подключения к ним рабочих станций. В будущем это может сэкономить средства, так как изменение в подключении новых устройств можно производить за счет перекоммутации уже проложенных кабелей. Такая система строится иерархически, с главной магистралью и многочисленными ответвлениями от нее.

Главным принципом СКС является то, что она должна охватывать всё здание.

Использование СКС вместо хаотически проложенных кабелей даёт много преимуществ:

– универсальность - СКС может стать единой средой передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной, передачи видеоинформации, если её организация четко продумана;

– увеличение срока службы - срок старения может составлять 10 - 15 лет, что даже очень неплохо;

– возможность лёгкого расширения сети;

– можно заменить в отдельной подсети тип кабеля независимо от остальной части сети;

– надежность - СКС имеет повышенную надежность, поскольку производитель такой системы гарантирует не только качество её отдельных компонентов, но и их совместимость.

СКС включает в себя горизонтальную подсистему (в пределах этажа), вертикальную подсистему (между этажами), подсистему кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

1.5 Горизонтальная подсистема

Горизонтальная подсистема характеризуется большим количеством ответвлений кабеля, так как его нужно провести к каждой пользовательской розетке. Поэтому к кабелю, используемому в горизонтальной проводке, предъявляются повышенные требования к удобству выполнения ответвлений, а так же удобству его прокладки в помещениях. При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость.

Более предпочтительной средой для горизонтальной кабельной подсистемы является витая пара, как экранированная (STP), так и неэкранированная (UTP).

UTP категории 5 - это медный неэкранированный кабель, выполненный из четырех пар кабеля, каждая из которых имеет цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.

STP - представляет собой скрученную пару проводов, которые обертываются в изоляционный экран. Этот кабель позволяет передать данные на большее расстояние и поддерживает больше узлов, чем UTP. Наличие экрана делает его более дорогим, но зато имеет хорошую помехоустойчивость и защищает данные от электромагнитных излучений.

Кабелем для горизонтальной подсистемы данной сети служит витая пара UTP кат.5.

1.6 Вертикальная подсистема

Кабель вертикальной подсистемы, который соединяет этажи здания, должен передавать данные на большие расстояния и с большей скоростью по сравнению с кабелем горизонтальной подсистемы. Она состоит из более протяженных отрезков кабеля, количество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме.

В данной сети для этих целей используется волоконно-оптический кабель.

1.7 Подсистема кампуса

Подсистема кампуса данной сети представляет собой объединение нескольких зданий между собой при помощи кабельной канализации прокладки внешнего волоконно-оптического кабеля.

2 Описание структурной схемы

В соответствии с исходными данными, выбранными топологией и технологией сети, кабельной системой, разработана структурная схема локальной вычислительной сети, которая приведена на чертеже 230106.КПСД05.018Э1.

Сеть состоит из восьми зданий. Связь между ними осуществляется по технологии GigabitEthernet, так как эта технология обеспечивает трафик до 1000Мбит/с. Для соединения зданий используется оптоволоконный кабель.

Для обеспечения необходимого трафика до 100Мбит/с во всех зданиях используется технология Fast Ethernet. Рабочие станции в рабочей группе соединяются посредством коммутаторов. Все коммутаторы групп одного этажа соединяются в этажный коммутатор. Далее связь между ними осуществляется посредством коммутатора здания. Этот коммутатор должен иметь минимум один оптический порт для соединения с главным коммутатором в серверной комнате. В соединении коммутаторов используется кабель типа витая пара.

Сеть в здании 1 включает серверную комнату, в которой располагаются InternetServer, DataServer и главный коммутатор. К нему, кроме этажных коммутаторов, присоединяются все остальные здания. У главного коммутатора должны быть, кроме обычных портов, четыре оптических порта, чтобы была возможность соединения всех зданий через оптический кабель.

Первая рабочая группа включает в себя 15 рабочих станций на первом этаже, вторая группа - 15, третья - 10 компьютеров на втором. Всего в здании четыре коммутатора (1,2,3,4) Gigabit Ethernet. Главный коммутатор Gigabit Ethernet с оптовходом находится на первом этаже, который соединяет все рабочие группы здания и устанавливает соединение на оптоволокне по канализации со вторым, третьим и четвертым зданиями. Рабочие группы здания объединены коммутатором 1. Также на первом этаже здания 1 находится основной сервер, служащий для администрирования сети и программного контроля работы сети, устанавливает соединение с провайдером с помощью ADSL модема.

На первом этаже здания 5 коммутатор устанавливает аналогичное соединение с 6,7,8 зданиями. Сеть в зданиях 1 и 5 объединена с помощью коммутаторов и оптоволокна. Также на первом этаже находится основной сервер, служащий для администрирования сети и программного контроля работы сети, устанавливает соединение с провайдером с помощью ADSL модема.

Сеть в зданиях 2,3,4,6,7,8 включает по 2 рабочие группы на первом и втором этажах, каждая из которых включает 10 рабочих станций, поэтому они объединены одним коммутатором. Всего в зданиях по пять коммутаторов Gigabit Ethernet, главные коммутаторы Gigabit Ethernet с оптовходом находятся на первых этажах зданий, которые соединяют все отделы каждого здания, и соединяется по оптоволокну между соседними.

3. Обоснование монтажной схемы

Исходя из структурной схемы, выбранной технологии и топологии сети, кабельной системы, разработана монтажная схема сети, приведенная на чертеже 230106.КПСД05.018Э4

Коммутаторы, располагающиеся в рабочих группах, должны иметь 24 порта для подключения витой пары, из них 15 - максимальное количество рабочих станций в группе, а остальные - для возможного расширения локальной сети. Соединение рабочих станций с коммутатором рабочей группы осуществляется через патч-панели.

Коммутатор соединяется с патч-панелью через патч-корд длиной 0,5 метр, затем от патч-панели ведет патч-корд длиной 1,5 метра дорозетки RJ-45категории 5е, находящейся непосредственно в рабочей станции. В качестве коммутационных шкафов в рабочих группах и на этажах используются настенные шкафы.

Так как на этажах 1,2 каждого здания расположено по 2 рабочие группы, то коммутаторы соединяются между собой с помощью неэкранированной витой пары (UTP 5e), входящей в специальную патч-панель, из которой патч-корд подсоединяется к общему коммутатору этажа. Коммутаторы этажей соединяются в коммутаторе здания через витую пару (UTP 5e), проходящую в патч-панель, из которой патч-корд входит в коммутатор здания.

Каждый коммутатор имеет оптоволоконный вход. Коммутатор здания соединяется с общим коммутатором локальной сети, находящимся в серверной, через оптоволоконный кабель (FO-ZIP-IN-50-2-FRPVC). Присутствие оптоволоконных входов на всех коммутаторах позволяет данной локальной сети иметь возможность расширения в будущем.

Серверная комната с Internet Server и Data Server располагается в первом и пятом зданиях на первом этаже. Главный коммутатор имеет 4 дополнительных оптических порта для соединения общих коммутаторов в остальных зданиях. Веб-сервер выполняет функцию соединения с сетью Интернет при помощи опотоволоконного кабеля.

Для соединения оптоволокном оборудование провайдера и сервера он имеет дополнительную сетевую плату.

4. Выбор сетевого оборудования

4.1 Описание сетевого оборудования

При выборе сетевого оборудования надо учитывать множество факторов, в том числе:

– уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;

– скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;

– возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);

– метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);

– разрешенные типы кабеля сети, его максимальную длину, защищенность от помех;

– стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).

Сетевое оборудование - устройства, из которых состоит компьютерная сеть. Условно выделяют два вида сетевого оборудования:

– активное сетевое оборудование - оборудование, которое способно обрабатывать или преобразовывать передаваемую по сети информацию. К такому оборудованию относятся сетевые карты, маршрутизаторы, принт-серверы;

– пассивное сетевое оборудование - оборудование, служащее для простой передачи сигнала на физическом уровне. Это сетевые кабели, коннекторы и сетевые розетки, повторители и усилители сигнала.

Для монтажа проводной вычислительной сети нам в первую очередь понадобятся:

– сетевой кабель и разъемы (называемые коннекторами);

– сетевые карты - по одной в каждом ПК сети, и две на компьютере, служащем сервером для выхода в интернет;

– устройство или устройства, обеспечивающие передачу пакетов между компьютерами сети. Для сетей из трех и более компьютеров нужно специальное устройство -коммутатор, который объединяет все компьютеры сети;

– дополнительные сетевые устройства. Простейшая сеть строится и без такого оборудования, однако при организации общего выхода в интернет, использовании общих сетевых принтеров дополнительные устройства могут облегчить решение подобных задач.

В настоящее время существует разнообразное количество фирм, специализирующихся на производстве сетевого оборудования. Рынок сетевого оборудования представлен фирмами, которые уже завоевали мировое признание в области качества и надежности своих товаров, и фирмами, которые еще не совсем утвердились на мировом рынке, но имеют большие перспективы в своем развитии. На данный момент среди фирм, производящих сетевое оборудование, доминируют следующие: Cisco, 3Com, HP, D-Link.

Оборудование представленных фирм редко используется при построении сетей, и рациональнее выбрать оборудование другой фирмы для обеспечения совместимости, так как существуют различные формы и способы управления. Исходя из этого выбираем фирму D-Link, так как она является ведущим поставщиком передовых, практичных и высокоэффективных продуктов, услуг и решений для сетей передачи голоса и данных, предназначенных для компаний любых масштабов и организаций государственного сектора.

кабель сервер компьютерный монтаж

4.2 Сетевые проводники

В эту группу входят различные сетевые кабели (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно). Существует несколько категорий кабелей типа витая пара, которые маркируются от CAT1 до CAT7. В локальных сетях стандарта Ethernet используется витая пара категории CAT5.Для работы с кабелем витая пара применяются коннекторы RJ-45.

4.3 Сетевые коммутаторы

В настоящее время в локальных сетях применяются коммутаторы (или, как их называют, свитчи). Это такие устройства, где есть свой процессор, внутренняя шина и буферная память. Если концентратор просто передает пакеты от одного порта ко всем остальным, то коммутатор анализирует адреса сетевых карт, подключенных к его портам, и переправляет пакет только в нужный порт. В результате бесполезный трафик в сети резко снижается. Это позволяет намного увеличить производительность сети и обеспечивает большую скорость передачи данных в сетях с большим количеством пользователей.

Коммутатор может работать на скорости 10, 100 или 1000 Мбит/с. Это, а также установленные на компьютерах сетевые карты, определяет скорость сегмента сети. Другая характеристика коммутатора - количество портов. От этого зависит количество сетевых устройств, которые можно подключить к коммутатору. Помимо компьютеров, ими являются принт-серверы, модемы, сетевые дисковые накопители и другие устройства с LAN-интерфейсом.

При проектировании сети и выборе коммутатора нужно учитывать возможность расширения сети в дальнейшем - лучше приобретать коммутатор с несколько большим количеством портов, чем число компьютеров в вашей сети на данный момент. Кроме того, один порт нужно держать свободным на случай объединения с другим коммутатором. В настоящее время коммутаторы соединяются обычной витой парой пятой категории, точно такой же, которая используется для подключения каждого компьютера сети к коммутатору.

4.4 Дополнительное сетевое оборудование

В локальной сети можно использовать различное дополнительное оборудование, например, чтобы объединить две сети или обеспечить защиту сети от внешних атак:

– принт-сервер, или сервер печати - это устройство, которое позволяет подключить принтер, не имеющий собственного сетевого порта к сети;

– повторитель предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путем усиления электрического сигнала;

Если вы будете использовать в локальной сети кабель витая пара длиной более 100 метров, повторители должны устанавливаться в разрыв кабеля через каждые 100 метров. С помощью повторителей можно соединить сетевым кабелем несколько отдельно стоящих зданий.

– маршрутизатор (или роутер) - сетевое устройство, которое на основании информации о структуре сети по определенному алгоритму выбирает маршрут для пересылки пакетов между различными сегментами сети.

Маршрутизаторы применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам (например, для подсоединения Ethernet к сети WAN). Также маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя при этом функции межсетевого экрана.

Маршрутизатор может быть представлен не только в аппаратном виде, но и в программном. Любой компьютер сети, на котором установлено соответствующее программное обеспечение, может служить маршрутизатором.

Коммутаторы:

– D-Link DES-1026G, 24-port fast ethernet switch 10/100Mbps, 2-port 10/100/1000Mbps;

– D-LinkWebSmartPro коммутатор с 24 портами 10/100/1000Base-T с поддержкой PoE (802.3af) + 4 портами 100/1000BASE-T SFP и функцией энергосбережения.

Оборудование для подключения к Internet - модем DSL-564T ADSL Eth Роутер 4 LAN & 1 ADSL порт, IP, Annex B.

– AquariusSrvN70 D11 (211300/4D/1024/HDD 73 GbU320 SCSISCA 10 krmp).

Кабельная система:

– Hyperline HF1IA01G5 (FO-ZIP-IN-50-2-FRPVC) Кабель волоконно-оптический 50/125(OM2) многомодовый внутренний, zip-cord, 2 жилы;

Неэкранированная витая пара UTP категории 5;

Розетка с разъемом RJ-45 UTP 5е;

3C996-SX GigabitEtherLink, OEM / 1000Base-SX, PCI - Для ПК со скоростью передачи данных более 100 Mbps;

3com 10/100Mbps-inpack FastEthernetAdapter Rj-45 - Для ПК со скоростью передачи данных менее 100 Mbps;

5. Расчет стоимости оборудования

5.1 Расчет стоимости закупаемого оборудования приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Расчёт стоимости оборудования

Название		Цена (руб.)	Количество
D-Link DES-1026G, 24-port fast ethernet switch 10/100Mbps, 2-port 10/100/1000Mbps
D-LinkWebSmartPro коммутатор с 24 портами 10/100/1000Base-T с поддержкой PoE(802.3af) + 4 портами 100/1000BASE-T SFP и функцией энергосбережения
DGS 10/100Mbps-inpack Fast Ethernet Adapter Rj-45
Неэкранированная витая пара UTP категории 5
Hyperline HF1IA01G5 (FO-ZIP-IN-50-2-FRPVC) Кабель волоконно-оптический 50/125(OM2) многомодовый внутренний, zip-cord, 2 жилы
Модем D-Link DSL 2540U/BB/T1A
Neomax NM13001-005GN Патч корд UTP 0,5м Кат 5Е зелёный
NM13001-015GN Патч корд UTP 1,5м Кат 5Е зелёный
Шкаф сетевого оборудования
сервер Absolute DS 2х5506х5U Dual Xeon E5506/ 8Gb/ 3x600 10K SATA HS-RAID/ TS700-E6-RS8/ DVDRW/ Pedestal
Hyperline SB-GTS2-8P8C-C5E-WH Розетка RJ-45, двойная, категория 5e, настенная

Так как не известно физическое расположение рабочих групп в зданиях, приблизительная длина оптоволоконного кабеля для внешней прокладки рассчитывалась исходя из того, что расстояние между этажами здания 10 метров, длина кабеля на расстояние между зданием 1 и зданием 2 около 150 метров.

Для вычисления приблизительной длины витой пары для внутренней прокладки была взята длина кабеля между рабочими группами в 50 метров. Длина витой пары вычислена из расчета 100 метров для каждой рабочей группы.

Приблизительная стоимость проектируемой локальной вычислительной сети составляет 792255,4рублей.

6. Анализ информационной системы

6.1 Аппаратное обеспечение сервера

На выбор сетевой операционной системы влияет размер денежных средств, которые можно потратить на сетевое аппаратное и программное обеспечение. Одним из наиболее мощных и быстрых серверов, служащих для выполнения любых задач, является сервер AbsoluteDS 2х5506х5UDualXeonE5506/ 8Gb/ 3x600 10KSATAHS-RAID/ TS700-E6-RS8/ DVDRW/ Pedestal. Два процессора Xeon обеспечивают требуемые мощности в любых приложениях, а три SATA HDD 600Gb 10000rpm всегда обеспечат требуемую скорость, емкость и надежность.

Таблица 3 - Конфигурация сервера

Конфигурация:
Платформа	ASUS TS700-E6-RS8 (LGA1366,i5520,PCI-E,SVGA,SATA RAID, 4xHS SAS/SATA, 2xGbLAN, 12DDRIII, 620W HS)
Процессор
Процессор	CPU IntelXeon E5506 2.13 ГГц/1+4Мб/4.80 ГТ/с LGA1366
Кулер для процессора	Pasive Cooler Intel for 2U System
Модуль оперативной памяти
Модуль оперативной памяти	Kingston KVR1066D3D8R7S/2G DDR-III DIMM 2Gb PC3-8500 ECC Registered with Parity CL7
Модуль оперативной памяти	Kingston KVR1066D3D8R7S/2G DDR-III DIMM 2Gb PC3-8500 ECC Registered with Parity CL7
Модуль оперативной памяти	Kingston KVR1066D3D8R7S/2G DDR-III DIMM 2Gb PC3-8500 ECC Registered with Parity CL7
Жесткий диск
Жесткий диск	HDD 600 Gb SATA 6Gb/s Western Digital VelociRaptor WD6000HLHX 10000rpm 32Mb
Жесткий диск	HDD 600 Gb SATA 6Gb/s Western Digital VelociRaptor WD6000HLHX 10000rpm 32Mb
Привод DVD±RW	DVD±R/RW & CDRW Optiarc AD-7241S Black SATA (OEM)
Raid Контроллер	есть, возможно построение RAID массивов 0, 1, 10, 5 x Raid из SAS и SATA устройств
Видеокарта	Aspeed AST2050 Video
	2 сетевых контроллера Intel 82575EB 10/100/1000 Мбит/с
	8 корзин для SAS и SATA HDD с возможностью горячей замены.
Дополнительно	возможна корректировка данной конфигурации клиентом

6.2 Аппаратное обеспечение рабочих станций

Требования к компьютерам, используемым в качестве рабочих станций, определяются прежде всего исходя из тех задач, которые будут решаться на этих рабочих станциях.

Если рабочая станция подключена к сети, для нее не нужны ни винчестер, ни флоппи-диски.

Преимущества бездисковой рабочей станции очевидны. Кроме снижения стоимости самой станции исключается опасность заражения вирусами - нет флоппи-диска, нет и возможности занести вирус.

Кроме того, обеспечивается "аппаратная" защита информации от несанкционированного копирования. Пользователи не смогут скопировать информацию с файл-сервера, так как ее физически некуда будет записать.

Для нормального функционирования требуется наличие рабочих станций, обладающих следующим минимальным набором технических характеристик:

? оперативная память 4 Гб;

? процессор четырех ядерный, частота от 2,4 ГГц;

? дисковый накопитель 500 Гб;

? операционная система Windows 7.

6.3 Подбор программного обеспечения

В локальных сетях с выделенным сервером на сервере используются специальные операционные системы, обеспечивающие надежную и эффективную обработку многих запросов от рабочих мест пользователей.

На рабочих станциях такой локальной сети может использоваться любая операционная система, например Windows и т.д., и должен быть запущен драйвер, обеспечивающий доступ к локальной сети.

В сетях с большим количеством серверов часто используется операционная система WindowsServer 2008, так как она обеспечивает удобные средства по централизованному управлению ресурсами таких сетей. Так как именно управление ресурсами сети обычно составляет более половины эксплуатационных расходов.

Аппаратные требования Windows Server 2008 приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Аппаратные требования сервера

Процессор	1 ГГц (x86) или 1.4 ГГц (x64)	2 ГГц и выше
	512 МБ ОЗУ (возможно ограничение производительности и некоторых возможностей)	2 ГБ ОЗУ и выше Максимально (для 32-бит): 4 ГБ ОЗУ (Standard) или 64 ГБ ОЗУ (Enterprise и Datacenter) Максимально (для 64-бит): 32 ГБ ОЗУ (Standard) или 2 Тб ОЗУ (Enterprise, Datacenter и в Itanium-Based системах)
Видеокарта и монитор	Super VGA (800 x 600)	Super VGA (800 x 600) и более высокое разрешение
Свободное место на жёстком диске		40 ГБ и выше Сервер с более чем 16 ГБ ОЗУ требует больше места длясвоп и dump файлов.
Другие приводы
Прочие устройства	клавиатура и мышь

Кроме сетевой ОС, для эффективной работы пользователей в локальной сети требуется и иное программное обеспечение, которое иногда поставляется вместе с сетевой ОС, а иногда его надо покупать отдельно:

– электронная почта обеспечивает доставку писем (а часто и произвольных файлов, а также голосовых и факсимильных сообщений) от одних пользователей локальной сети другим, а иногда позволяет общаться и с удаленными пользователями по модему или через InterNet;

– средства удаленного доступа позволяют подключаться к локальной сети с помощью модема и работать на компьютере, как будто он непосредственно подключен в сеть (разумеется, при этом многие операции будут выполняться дольше, так как модем работает значительно медленнее сетевого контроллера);

– средства групповой работы (наиболее популярно из них Lotus Notes) позволяют совместно работать над документами, обеспечивают согласованность версий документов у разных пользователей, предоставляют средства для организации документооборота предприятия, позволяют организовывать телеконференции - письменный обмен мнениями по различным темам и т.д.;

– программы резервирования позволяют создавать резервные копии данных, хранящихся на серверах локальной сети и на компьютерах пользователей, а при необходимости - восстанавливать данные по их резервной копии;

– средства управления локальной сетью позволяют управлять ресурсами локальной сети с одного рабочего места, получать информацию о состоянии и загрузке сети, настраивать производительность сети, управлять системами пользователей сети (например, устанавливать на них программное обеспечение) и т.д.

6.4 Обеспечение надежности и защиты информации

Безопасность внутренней сети компании обеспечит межсетевой экран Интернет Контроль Сервера (ИКС). Также с помощью ИКС можно построить защищенный канал для передачи данных между территориально распределенными офисами, обеспечить доступ в сеть удаленным сотрудникам.

Надежность ЛВС объекта автоматизации должна обеспечиваться на основе:

– применения высоконадежного и отказоустойчивого оборудования;

– принятия специальных технологических решений, включая резервирование, обеспечивающих высокую отказоустойчивость и живучесть наиболее ответственных и жизненно важных систем ЛВС;

– организации единой эксплуатации всех систем ЛВС;
применения унифицированных технических средств как в рамках отдельных систем, подсистем и комплексов, так и ЛВС в целом;

– центр управления ЛВС должен обеспечивать диагностику нарушений работоспособности систем и их предотвращение;

– администраторы ЛВС должны получать сообщения обо всех сбоях и переключениях в системах;

Надежность кабельных систем должна обеспечиваться применением следующих технических и организационных решений:

– магистральные соединения активного оборудования должны быть дублированы, одно из соединений должно проходить по основной магистрали СКС, другое - по резервной;

– применяемые материалы и оборудование должно обеспечивать требования нормативно-технических документов по пожаростойкости и пожаробезопасности;

– кабели должны прокладывается в скрытых местах (лотках и/или коробах);

– для реализации горизонтальной подсистемы СКС должны применяться экранированные компоненты категории не ниже 5е;

– для подключения компьютеров и другого оборудования следует использовать сменные, легко заменяемые терминальные шнуры.

Система защиты от несанкционированного доступа (НСД) должна обеспечить контроль доступа к сети на уровне доступа к среде передачи данных и к информационным ресурсам сети:

– оборудование ЛВС, должно обеспечивать защиту информации от несанкционированного доступа;

– при любой попытке несанкционированного доступа к сети должно происходить автоматическое отключение портов устройств с немедленным извещением администратора;

– сетевой администратор должен иметь возможность удаленного управления доступом к сети с получением информации об активных пользователях;

– должна быть минимизирована возможность перехвата пакетов пользователями, не являющимися истинными получателями пакетов;

– доступ к оборудованию, установленному в распределительных шкафах, должен быть санкционирован - шкафы должны иметь закрываемые на замок двери;

– должна быть обеспечена защита информации отдельных служб обрабатывающих конфиденциальную информацию или информацию представляющую государственную тайну;

– доступ к помещениям с оборудованием ЛВС должен регламентироваться положением, разработанным Управлением безопасности ФНС России и согласованным с Управлением информационных технологий на основе системы контроля и управления доступом.

Заключение

На основании задания была спроектирована вычислительная сеть, объединившая 320 рабочих станций и два сервера. Сетью были связаны 8 зданий колледжа. В них реализована технология FastEthernet спецификации 10\100 BaseTX и GigabitEthernet спецификации 10\100\1000 BaseT. Все рабочие станции каждого отдела подключаются к коммутатору, располагающемуся в этом же или соседнем отделе. В свою очередь коммутаторы отделов подключаются к коммутаторам своего этажа, которые соединены с главным коммутатором здания.

Для соединения зданий между собой используются оптоволокно. Имеется возможность расширения сети, так как порты некоторых коммутаторов не полностью задействованы. Для удобства прокладки кабеля и его структуризации используется структурированная кабельная система. Имеется выход в Интернет.

Данная сеть построена на оборудовании фирм D-Link, VCOM, Hyperline, Neomax, Absolute, стоимость которого составила 792255,4 рублей.

Список литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб: Питер, 2012. - 944c.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Локальная вычислительная сеть, узлы коммутации и линии связи, обеспечивающие передачу данных пользователей сети. Канальный уровень модели OSI. Схема расположения компьютеров. Расчет общей длины кабеля. Программное и аппаратное обеспечение локальной сети.

курсовая работа , добавлен 28.06.2014


Обоснование модернизации локальной вычислительной сети (ЛВС) предприятия. Оборудование и программное обеспечение ЛВС. Выбор топологии сети, кабеля и коммутатора. Внедрение и настройка Wi-Fi - точки доступа. Обеспечение надежности и безопасности сети.

дипломная работа , добавлен 21.12.2016


Общая характеристика локальных вычислительных сетей, их основные функции и назначение. Разработка проекта модернизации локальной компьютерной сети предприятия. Выбор сетевого оборудования, расчет длины кабеля. Методы и средства защиты информации.

дипломная работа , добавлен 01.10.2013


Создание локальной вычислительной сети, ее топология, кабельная система, технология, аппаратное и программное обеспечение, минимальные требования к серверу. Физическое построение локальной сети и организация выхода в интернет, расчет кабельной системы.

курсовая работа , добавлен 05.05.2010


Подбор конфигурации рабочих станций, сервера и программного обеспечения для соединения с локальной компьютерной сетью. Организация локальной сети, ее основание на топологии "звезда". Антивирусная защита, браузеры, архиваторы. Особенности настройки сети.

курсовая работа , добавлен 11.07.2015


Разработка сети на 17 компьютеров стандарта Fast Ethernet, расчет ее стоимости. Выбор оптимальной топологии сети и расчет минимальной суммарной длины соединительного кабеля. План расположения строений и размещения узлов локальной вычислительной сети.

реферат , добавлен 18.09.2010


Расчеты параметров проектируемой локальной вычислительной сети. Общая длина кабеля. Распределение IP-адресов для спроектированной сети. Спецификация оборудования и расходных материалов. Выбор операционной системы и прикладного программного обеспечения.

курсовая работа , добавлен 01.11.2014


Понятие локально-вычислительной сети и ее преимущества. Основные виды топологий. Типы серверов в компьютерной сети. Характеристика модели OSI. Технические и программные характеристики рабочих станций. Аппаратные средства для поиска неисправностей в сети.

дипломная работа , добавлен 14.06.2015


Выбор протокола и технологии построения локальной вычислительной сети из расчёта пропускной способности - 100 Мбит/с. Выбор сетевого оборудования. Составление план сети в масштабе. Конфигурация серверов и рабочих станций. Расчёт стоимости владения сети.

курсовая работа , добавлен 28.01.2011


Преимущества при сетевом объединении персональных компьютеров в виде общей информационной сети. Выбор типа сети, ее топологии, кабельной системы и коммутатора. Плата сетевого адаптера, тип сервера и рабочей станции. Сетевое программное обеспечение.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (в пределах 10-15 км). Обычно такие сети строятся в пределах одного предприятия или организации.

Информационные системы, построенные на базе локальных вычислительных сетей, обеспечивают решение следующих задач:

• хранение данных;
• обработка данных;
• организация доступа пользователей к данным;
• передача данных и результатов их обработки пользователям.

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Здесь обработка данных распределяется между двумя объектами: клиентом и сервером. В процессе обработки данных клиент формирует запрос к серверу на выполнение сложных процедур. Сервер выполняет запрос, обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Подобная модель вычислительной сети получила название архитектуры клиент - сервер.

По признаку распределения функций локальные компьютерные сети делятся на одноранговые и двухранговые (иерархические сети или сети с выделенным сервером).

В одноранговой сети компьютеры равноправны по отношению друг к другу. Каждый пользователь в сети решает сам, какие ресурсы своего компьютера он предоставит в общее пользование. Таким образом, компьютер выступает и в роли клиента, и в роли сервера. Одноранговое разделение ресурсов является вполне приемлемым для малых офисов с 5-10 пользователями, объединяя их в рабочую группу.

Двухранговая сеть организуется на основе сервера, на котором регистрируются пользователи сети.

Для современных компьютерных сетей типичной является смешанная сеть, объединяющая рабочие станции и серверы, причем часть рабочих станций образует одноранговые сети, а другая часть принадлежит двухранговым сетям.

Геометрическая схема соединения (конфигурация физического подключения) узлов сети называется топологией сети. Существует большое количество вариантов сетевых топологий, базовыми из которых являются шина, кольцо, звезда.

Шина. Канал связи, объединяющий узлы в сеть, образует ломаную линию - шину. Любой узел может принимать информацию в любое время, а передавать - только тогда, когда шина свободна. Данные (сигналы) передаются компьютером на шину. Каждый компьютер проверяет их, определяя, кому адресована информация, и принимает данные, если они посланы ему, либо игнорирует.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Если компьютеры расположены близко друг друга, то организация компьютерной сети с шинной топологией недорога и проста - необходимо просто проложить кабель от одного компьютера к другому. Затухание сигнала с увеличением расстояния ограничивает длину шины и, следовательно, число компьютеров, подключенных к ней.

Шинная топология

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Проблемы шинной топологи возникают, когда происходит разрыв (нарушение контактов) в любой точке страны; сетевой адаптер одного из компьютеров выходит из строя и начинает передавать на шину сигналы с помехами; необходимо подключить новый компьютер.

Кольцо. Узлы объединены в сеть замкнутой кривой. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Передача данных осуществляется только в одном направлении. Каждый узел помимо всего прочего реализует функции ретранслятора. Он принимает и передает сообщения, а воспринимает только обращенные к нему. Используя кольцевую топологию, можно присоединить к сети большое количество узлов, решив проблемы помех и затухания сигнала средствами сетевой платы каждого узла. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию) .

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Кольцевая топология

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub - концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб” . В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Структура логической кольцевой цепи

Недостатки кольцевой организации: разрыв в любом месте кольца прекращает работу всей сети; время передачи сообщения определяется временем последовательного срабатывания каждого узла, находящегося между отправителем и получателем сообщения; из-за прохождения данных через каждый узел существует возможность непреднамеренного искажения информации.

Звезда. Узлы сети объединены с центром лучами. Вся информация передается через центр, что позволяет относительно просто выполнять поиск неисправностей и добавлять новые узлы без прерывания работы сети. Однако расходы на организацию каналов связи здесь обычно выше, чем у шины и кольца.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Топология в виде звезды

Комбинация базовых топологий - гибридная топология - обеспечивает получение широкого спектра решений, аккумулирующих достоинства и недостатки базовых.

Кроме проблем создания локальных вычислительных сетей имеется также проблема расширения (объединения) компьютерных сетей. Дело в том, что созданная на определенном этапе развития информационной системы вычислительная сеть со временем может перестать удовлетворять потребности всех пользователей. В то же время физические свойства сигнала, каналов передачи данных и конструктивные особенности сетевых компонент накладывают жесткие ограничения на количество узлов и геометрические размеры сети.

Для объединения локальных вычислительных сетей применяются следующие устройства:

1. Повторитель - устройство, обеспечивающее усиление и фильтрацию сигнала без изменения его информативности. По мере передвижения по линиям связи сигналы затухают. Для уменьшения влияния затухания используются повторители. Причем повторитель не только копирует или повторяет принимаемые сигналы, но и восстанавливает характеристики сигнала: усиливает сигнал и уменьшает помехи.

2. Мост - устройство, выполняющее функции повторителя для тех сигналов (сообщений), адреса которых удовлетворяют заранее наложенным ограничениям. Одной из проблем больших сетей является напряженный сетевой трафик (поток сообщений в сети). Эта проблема может решаться следующим образом. Компьютерная сеть делится на сегменты. Передача сообщений из сегмента в сегмент осуществляется только целенаправленно, если абонент одного сегмента передает сообщение абоненту другого сегмента. Мост является устройством, ограничивающим движение по сети и не позволяющим сообщениям попадать из одной сети в другую без подтверждения права на переход.

Мосты бывают локальные и удаленные.

Локальные мосты соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы.

Удаленные мосты соединяют сети, разнесенные территориально, с использованием каналов связи и модемов.

Локальные мосты, в свою очередь, разделяются на внутренние и внешние.

Внутренние мосты обычно располагаются на одном компьютере и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Расширение функций осуществляется путем установки дополнительной сетевой платы.

Внешние мосты предусматривают использование отдельного компьютера со специальным программным обеспечением.

3. Маршрутизатор - это устройство, соединяющее сети разного типа, но использующие одну операционную систему. Это, по сути, тот же мост, но имеющий свой сетевой адрес. Используя возможности адресации маршрутизаторов, узлы в сети могут посылать маршрутизатору сообщения, предназначенные для другой сети. Для поиска лучшего маршрута к любому адресату в сети используются таблицы маршрутизации. Эти таблицы могут быть статическими и динамическими.

4. Шлюз - специальный аппаратно-программный комплекс, предназначенный для обеспечения совместимости между сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз преобразует форму представления и форматы данных при передачи их из одного сегмента в другой. Шлюз осуществляет свои функции на уровне выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразования между протоколами.

С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также к глобальной вычислительной сети.

Рассмотрим более подробно принципы построения локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала) . ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая) , так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Характеристики топологий вычислительных сетей приведены в таблице.

Характеристики	Топология
Стоимость расширения	Незначительная
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная
Размеры системы			Ограниченны
Защищенность от прослушивания			Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная
Поведение системы при высоких нагрузках		Удовлетворительное
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая
Разводка кабеля		Удовлетворительная
Обслуживание	Очень хорошее

На ряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень) , в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева) .

Древовидная структура ЛВС

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Объединение компьютеров в локальную сеть

Локальная сеть - объединение нескольких компьютеров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга (обычно в пределах одного здания) для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач. В небольшой локальной сети может быть 10-20 компьютеров, в очень большой - порядка 1000.

Назначение локальных сетей
· совместное использование общих аппаратных средств (накопителей принтеров, модемов)

· оперативный обмен данными

· информационная система предприятия (учреждения)

Организация локальных сетей.

Несмотря на то, что существует много различных способов объединить компьютеры, по существу есть два типа компьютерных сетей: однораноговая сеть и сеть клиент-сервер.
Одноранговая сеть - это объединение равноправных компьютеров. Обычно одноранговая сеть объединяет не больше 10 компьютеров и организуется в домах или небольших офисах.

Сеть клиент-сервер чаще встречается в таких организациях, как школа, предприятие или библиотека, а не в домашних условиях. В таком типе сетей один компьютер, называемый сервером, является сердцем сети. Он хранит информацию и ресурсы и делает их доступными другим компьютерам данной сети. Остальные компьютеры, использующие сеть для получения этой информации называются клиентами.

Сети клиент-сервер являются наилучшим вариантом для объединения в сеть более десяти компьютеров. Они более дорогие, но в случаях, когда необходимо хранить большой объем информации, это самый лучший выбор.

Модели различных конфигураций сети

К началу
Топологии локальных сетей

Локальные сети в зависимости от назначения и технических могут иметь различные конфигурации. Общая схема соединения компьютеров в локальной сети называется топологией сети. Топологии сети могут быть различными. Чаще всего локальные сети могут иметь топологию «шина» и «звезда». В первом случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю (шине), во втором - имеется специальное центральное устройство (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е. каждый компьютер подключен к своему кабелю.
В шинной топологии компьютеры подключены к общему для них каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями.

Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для нее не требуется дополнительное устройство и расходуется меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправности трудно обнаружить.
Врадиальной топологии (топология «звезда») в центре находится концентратор, последовательно связывающийся с абонентами и связывающий их друг с другом.

В этом смысле «звезда» более устойчива. Поврежденный кабель – проблема для одного конкретного компьютера, на работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий по локализации неисправности
Вкольцевой топологии информация передается по замкнутому каналу. Каждый абонент непосредственно связан с двумя ближайшими с хотя в принципе способен связаться с любым абонентом сети.

В сети, имеющей структуру типа «кольцо» информация передается между станциями по кольцу с переприемом в каждом сетевом контроллере. Переприем производится через буферные накопители, выполненные на базе оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе их строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа всего кольца. Достоинство кольцевой структуры – простота реализации устройств, а недостаток – низкая надежность.
Гибридная топология является комбинацией различных топологии в одной сети. Например, вы можете объединить несколько сетей с шиной типа «звезда» единым кабелем.
К началу
Аппаратура локальной сети

Как компьютеры взаимодействуют друг с другом?

Работа сети основана на том, что все элементы оборудования тем или иным способом соединены друг с другом. Каждый компьютер и оборудование, такое как принтеры, сканеры, портативные компьютеры объединяются с помощью кабеля различного размера, спутниковой связи или телефонных линий. Сегодня существуют даже беспроводные сети, соединяющие компьютеры с помощью радиоволн.
Аппаратура локальной сети в общем случае включает в себя:
· компьютеры (серверы и рабочие станции);
· сетевые платы (адаптеры);
· каналы связи;
· специальные устройства, поддерживающие функционирование сети (маршрутизаторы, концентраторы, коммутаторы).
Каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы - адаптера .
К сетевой плате подключается сетевой кабель. Если используется радиосвязь или связь на инфракрасных лучах, то кабель не требуется. В современных локальных сетях чаще всего применяют два типа сетевых кабелей:
· неэкранированная витая пара;
· волоконно-оптический кабель.
Обычно выбор кабеля для сети зависит от следующих показателей: стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи данных, ограничение на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров), безопасность передачи данных.
Витая пара представляет собой набор из восьми проводов, скрученных попарно таким образом, чтобы обеспечивать защиту от электромагнитных помех.

Витая пара – наиболее дешевый вид кабеля. Витая пара позволяет осуществлять максимальную скорость передачи до 10 Мбит/с. Длина кабеля не должна превышать 1000 метров, причем скорость передачи данных при этом не превысит 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности используют экранированную витую пару.Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, по­этому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить и устранять неисправности.
Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых им­пульсов по стеклянным проводам. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам.
Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни тысяч мегаби­тов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары.

Оптоволоконная линия – наиболее дорогой на сегодня вид соединения, но скорость распространения информации в ней достигает нескольких гигабит в секунду при допустимом удалении до 50 километров. При этом линии связи, построенные на применении оптоволокна, практически не чувствительны к электромагнитным помехам.
Куда же «втыкать» кабель в компьютере? Нужно промежуточное (интерфейсное) устройство, которое называется сетевой картой или сетевым адаптером, а в английской речи NIC – Network Interface Controller.
Сетевой адаптер , или NIC, - это встроенное устройство, которое позволяет вам присоединить ваш компьютер в сеть. На каждом компьютере установлено программное обеспечение, которое позволяет ему связываться с другими компьютерами.

Беспроводная связь на радиоволнах может использоваться для органи­зации сетей в пределах больших помещений там, где применение обычных линий связи затруднено или нецелесообразно. Кроме того, беспроводные линии могут связывать удаленные части локальной сети на расстояниях до 25 км (при условии прямой видимости).
Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства - концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.
Концентратор (называемый также хаб) - устройство, объединяющее несколько (от 5 до 48) ветвей звездообразной локальной сети и передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково.

Коммутатор (свич) делает то же самое, но, в отличие от концентратора, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения.

Маршрутизатор (роутер)- устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.

Шлюз: устройство сопряжения, которое соединяет два разных типа сетей. Оно получает информацию, переводит ее в необходимый формат, а затем пересылает перевод по месту назначения.

Совместно используемые внешние устройства включают в себя подключенные к серверу накопители внешней памяти, принтеры, графопостроители и другое оборудование, которое становится доступным с рабочих станций.
К началу
Организация передачи данных в сети
Необходимым условием работы единой локальной сети является использование сетевой операционной системы. Такие операционные системы обеспечивают совместное использование не только аппаратных ресур­сов сети (принтеров, накопителей и т. д.), но и распределенных коллектив­ных технологий при выполнении разнообразных работ. Наибольшее распространение получили сетевые операционные системы Novell NetWare,Linux и Windows .
Компьютеры могут сообщаться друг с другом, потому что существуют наборы правил, илипротоколы , которые помогают компьютерам понимать друг друга. Протоколы необходимы для того, чтобы процесс связи проходил без ошибок. Протоколы помогают определить, как отправляется информация и как ее получить.