Виды сетевых технологий, а также сферы их применения. Базовые понятия сетевых технологий

Сетевые технологии локальных сетей

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами.

Сетевая архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи. В современных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

Сетевые технологии IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта архитектура наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м;

 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м;;

 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024;

 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.
В развитие технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м;

 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м; .

Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с. Существуют следующие модификации стандарта:

 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.

 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.

 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.

 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.
Сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с сетями, выполненными по стандарту Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Единственным недостатком данной сети является отсутствие гарантии времени доступа к среде (и механизмов, обеспечивающих приоритетное обслуживание), что делает сеть малоперспективной для решения технологических задач реального времени. Определенные проблемы иногда создает ограничение на максимальное поле данных, равное ~1500 байт.

Для разного быстродействия Ethernet используются разные схемы кодирования, но алгоритм доступа и формат кадра остается неизменным, что гарантирует программную совместимость.

Кадр Ethernet имеет формат, показанный на рис..

Формат кадра сетей Ethernet (цифры в верхней части рисунка показывают размер поля в байтах)

Поле преамбула содержит 7 байт 0хАА и служит для стабилизации и синхронизации среды (чередующиеся сигналы CD1 и CD0 при завершающем CD0), далее следует поле SFD (start frame delimiter = 0xab), которое предназначено для выявления начала кадра. Поле EFD (end frame delimiter) задает конец кадра. Поле контрольной суммы (CRC - cyclic redundancy check), также как и преамбула, SFD и EFD, формируются и контролируются на аппаратном уровне. В некоторых модификациях протокола поле efd не используется. Пользователю доступны поля, начиная с адреса получателя и кончая полем информация , включительно. После crc следует межпакетная пауза (IPG - interpacket gap - межпакетный интервал) длиной 9,6 мксек или более. Максимальный размер кадра равен 1518 байт (сюда не включены поля преамбулы, SFD и EFD). Интерфейс просматривает все пакеты, следующие по кабельному сегменту, к которому он подключен, ведь определить, корректен ли принятый пакет и кому он адресован, можно лишь приняв его целиком. Корректность пакета по CRC, по длине и кратности целому числу байт производится после проверки адреса места назначения.

При подключении ЭВМ к сети непосредственно с помощью переключателя ограничение на минимальную длину кадра теоретически снимается. Но работа с более короткими кадрами в этом случае станет возможной лишь при замене сетевого интерфейса на нестандартный (причем, как у отправителя, так и получателя)!

Если в поле кадра протокол/тип записан код менее 1500, то это поле характеризует длину кадра. В противном случае - это код протокола, пакет которого инкапсулирован в кадр Ethernet.

Доступ к каналу Ethernet базируется на алгоритме CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection). В Ethernet любая станция, подключенная к сети, может попытаться начать передачу пакета (кадра), если кабельный сегмент, к которому она подключена, свободен. Свободен ли сегмент, интерфейс определяет по отсутствию "несущей" в течение 9,6 мксек. Так как первый бит пакета достигает остальных станций сети не одновременно, может случиться, что попытку передачи совершат две или более станций, тем более что задержки в повторителях и кабелях могут достигать достаточно больших величин. Такие совпадения попыток называются столкновениями. Столкновение (коллизия) распознается по наличию в канале сигнала, уровень которого соответствует работе двух или более трансиверов одновременно. При обнаружении столкновения станция прерывает передачу. Возобновление попытки может быть произведено после выдержки (кратной 51,2 мксек, но не превосходящей 52 мсек), значения которой является псевдослучайной величиной и вычисляется каждой станцией независимо (t= RAND(0,2 min(n,10)), где n - содержимое счетчика попыток, а число 10 - backofflimit).

Обычно после столкновения время разбивается на ряд дискретных доменов с длиной равной удвоенному времени распространения пакета в сегменте (RTT). Для максимально возможного RTT это время равно 512 бит-тактам. После первого столкновения каждая станция ждет 0 или 2 временного домена, прежде чем совершить еще одну попытку. После второго столкновения каждая из станций может выждать 0, 1, 2 или 3 временного домена и т.д.. После n-ого столкновения случайное число лежит в пределах 0 - (2 n - 1). После 10 столкновений максимальное значение случайной выдержки перестает расти и остается на уровне 1023.

Таким образом, чем длиннее кабельный сегмент, тем больше среднее время доступа.

После выдержки станция увеличивает на единицу счетчик попыток и начинает очередную передачу. Предельное число попыток по умолчанию равно 16, если число попыток исчерпано, связь прерывается и выдается соответствующее сообщение. Передаваемый длинный кадр способствует "синхронизации" начала передачи пакетов несколькими станциями. Ведь за время передачи с заметной вероятностью может возникнуть необходимость передачи у двух и более станций. В момент, когда они обнаружат завершение пакета, будут включены таймеры IPG. К счастью информация о завершении передачи пакета доходит до станций сегмента не одновременно. Но задержки, с которыми это связано, являются также причиной того, что факт начала передачи нового пакета одной из станций не становится известным немедленно. При вовлечении в столкновение нескольких станций они могут уведомить остальные станции об этом, послав сигнал "затора" (jam - не менее 32 бит). Содержимое этих 32 бит не регламентируется. Такая схема делает менее вероятным повторное столкновение. Источником большого числа столкновений (помимо информационной перегрузки) может служить запредельная суммарная длина логического кабельного сегмента, слишком большое число повторителей, обрыв кабеля, отсутствие терминатора (50-омного согласователя кабеля) или неисправность одного из интерфейсов. Но сами по себе столкновения не являются чем-то негативным - это механизм, регулирующий доступ к сетевой среде.

В Ethernet при наличии синхронизации возможны следующие алгоритмы:

А.

1. Если канал свободен, терминал передает пакет с вероятностью 1.
2. Если канал занят, терминал ждет его освобождения, после чего производится передача.

Б.

1. Если канал свободен, терминал передает пакет.
2. Если канал занят, терминал определяет время следующей попытки передачи. Время этой задержки может задаваться некоторым статистическим распределением.

В.

1. Если канал свободен, терминал с вероятностью р передает пакет, а с вероятностью 1-р он откладывает передачу на t секунд (например, на следующий временной домен).
2. При повторении попытки при свободном канале алгоритм не изменяется.
3. Если канал занят, терминал ждет пока канал не освободится, после чего действует снова согласно алгоритму пункта 1.

Алгоритм А на первый взгляд представляется привлекательным, но в нем заложена возможность столкновений с вероятностью 100%. Алгоритмы Б и В более устойчивы в отношении этой проблемы.

Эффективность алгоритма CSMA зависит от того, как быстро передающая сторона узнает о факте столкновения и прерывает передачу, ведь продолжение бессмысленно - данные уже повреждены. Это время зависит от длины сетевого сегмента и задержек в оборудовании сегмента. Удвоенное значение задержки определяет минимальную длину пакета, передаваемого в такой сети. Если пакет короче, он может быть передан так, что передающая сторона не узнает о его повреждении в результате столкновения. Для современных локальных сетей Ethernet, построенных на переключателях и полнодуплексных соединениях, эта проблема неактуальна

С целью пояснения этого утверждения рассмотрим случай, когда одна из станций (1) передает пакет самой удаленной ЭВМ (2) в данном сетевом сегменте. Время распространения сигнала до этой машины пусть равно Т. Предположим также, что машина (2) попытается начать передачу как раз в момент прихода пакета от станции (1). В этом случае станция (1) узнает о столкновение лишь спустя время 2Т после начала передачи (время распространения сигнала от (1) до (2) плюс время распространения сигнала столкновения от (2) к (1)). Следует учитывать, что регистрация столкновения это аналоговый процесс и передающая станция должна “прослушивать” сигнал в кабеле в процессе передачи, сравнивая результат чтения с тем, что она передает. Важно, чтобы схема кодирования сигнала допускала детектирование столкновение. Например, сумма двух сигналов с уровнем 0 этого сделать не позволит. Можно подумать, что передача короткого пакета с искажением из-за столкновения не такая уж большая беда, проблему может решить контроль доставки и повторная передача.

Следует только учесть, что повторная передача в случае зарегистрированного интерфейсом столкновения осуществляется самим интерфейсом, а повторная передача в случае контроля доставки по отклику выполняется прикладным процессом, требуя ресурсов центрального процессора рабочей станции.

Время двойного оборота и распознавание коллизий

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян. Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится, и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из-за несовпадения контрольной суммы). Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени (иногда даже через несколько секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Для надежного распознавания коллизий должно выполняться следующее соотношение:

T min >=PDV,

где Т min - время передачи кадра минимальной длины, a PDV - время, за которое сигнал коллизии успевает распространиться до самого дальнего узла сети. Так как в худшем случае сигнал должен пройти дважды между наиболее удаленными друг от друга станциями сети (в одну сторону проходит неискаженный сигнал, а на обратном пути распространяется уже искаженный коллизией сигнал), то это время называется временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV).

При выполнении этого условия передающая станция должна успевать обнаружить коллизию, которую вызвал переданный ее кадр, еще до того, как она закончит передачу этого кадра.

Очевидно, что выполнение этого условия зависит, с одной стороны, от длины минимального кадра и пропускной способности сети, а с другой стороны, от длины кабельной системы сети и скорости распространения сигнала в кабеле (для разных типов кабеля эта скорость несколько отличается).

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. При выборе параметров, конечно, учитывалось и приведенное выше соотношение, связывающее между собой минимальную длину кадра и максимальное расстояние между станциями в сегменте сети.

В стандарте Ethernet принято, что минимальная длина поля данных кадра составляет 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра 64 байт, а вместе с преамбулой - 72 байт или 576 бит). Отсюда может быть определено ограничение на расстояние между станциями.

Итак, в 10-мегабитном Ethernet время передачи кадра минимальной длины равно 575 битовых интервалов, следовательно, время двойного оборота должно быть меньше 57,5 мкс. Расстояние, которое сигнал может пройти за это время, зависит от типа кабеля и для толстого коаксиального кабеля равно примерно 13 280 м. Учитывая, что за это время сигнал должен пройти по линии связи дважды, расстояние между двумя узлами не должно быть больше 6 635 м. В стандарте величина этого расстояния выбрана существенно меньше, с учетом других, более строгих ограничений.

Одно из таких ограничений связано с предельно допустимым затуханием сигнала. Для обеспечения необходимой мощности сигнала при его прохождении между наиболее удаленными друг от друга станциями сегмента кабеля максимальная длина непрерывного сегмента толстого коаксиального кабеля с учетом вносимого им затухания выбрана в 500 м. Очевидно, что на кабеле в 500 м условия распознавания коллизий будут выполняться с большим запасом для кадров любой стандартной длины, в том числе и 72 байт (время двойного оборота по кабелю 500 м составляет всего 43,3 битовых интервала). Поэтому минимальная длина кадра могла бы быть установлена еще меньше. Однако разработчики технологии не стали уменьшать минимальную длину кадра, имея в виду многосегментные сети, которые строятся из нескольких сегментов, соединенных повторителями.

Повторители увеличивают мощность передаваемых с сегмента на сегмент сигналов, в результате затухание сигналов уменьшается и можно использовать сеть гораздо большей длины, состоящую из нескольких сегментов. В коаксиальных реализациях Ethernet разработчики ограничили максимальное количество сегментов в сети пятью, что в свою очередь ограничивает общую длину сети 2500 метрами. Даже в такой многосегментной сети условие обнаружения коллизий по-прежнему выполняется с большим запасом (сравним полученное из условия допустимого затухания расстояние в 2500 м с вычисленным выше максимально возможным по времени распространения сигнала расстоянием 6635 м). Однако в действительности временной запас является существенно меньше, поскольку в многосегментных сетях сами повторители вносят в распространение сигнала дополнительную задержку в несколько десятков битовых интервалов. Естественно, небольшой запас был сделан также для компенсации отклонений параметров кабеля и повторителей.

В результате учета всех этих и некоторых других факторов было тщательно подобрано соотношение между минимальной длиной кадра и максимально возможным расстоянием между станциями сети, которое обеспечивает надежное распознавание коллизий. Это расстояние называют также максимальным диаметром сети.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например Fast Ethernet, максимальное расстояние между станциями сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet оно составляет около 210 м, а в стандарте Gigabit Ethernet оно было бы ограничено 25 метрами, если бы разработчики стандарта не предприняли некоторых мер по увеличению минимального размера пакета.

Расчет PDV

Для упрощения расчетов обычно используются справочные данные IEEE, содержащие значения задержек распространения сигналов в повторителях, приемопередатчиках и различных физических средах. В табл. 3.5 приведены данные, необходимые для расчета значения PDV для всех физических стандартов сетей Ethernet. Битовый интервал обозначен как bt.

Таблица 3.5. Данные для расчета значения PDV

Комитет 802.3 старался максимально упростить выполнение расчетов, поэтому данные, приведенные в таблице, включают сразу несколько этапов прохождения сигнала. Например, задержки, вносимые повторителем, состоят из задержки входного трансивера, задержки блока повторения и задержки выходного трансивера. Тем не менее в таблице все эти задержки представлены одной величиной, названной базой сегмента. Чтобы не нужно было два раза складывать задержки, вносимые кабелем, в таблице даются удвоенные величины задержек для каждого типа кабеля.

В таблице используются также такие понятия, как левый сегмент, правый сегмент и промежуточный сегмент. Поясним эти термины на примере сети, приведенной на рис. 3.13. Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Т х на рис. 3.10) конечного узла. На примере это сегмент 1 . Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты 2-5 и доходит до приемника (вход R х на рис. 3.10) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента 6, который называется правым. Именно здесь в худшем случае происходит столкновение кадров и возникает коллизия, что, и подразумевается в таблице.

Рис. 3.13. Пример сети Ethernet, состоящей из сегментов различных физических стандартов

С каждым сегментом связана постоянная задержка, названная базой, которая зависит только от типа сегмента и от положения сегмента на пути сигнала (левый, промежуточный или правый). База правого сегмента, в котором возникает коллизия, намного превышает базу левого и промежуточных сегментов.

Кроме этого, с каждым сегментом связана задержка распространения сигнала вдоль кабеля сегмента, которая зависит от длины сегмента и вычисляется путем умножения времени распространения сигнала по одному метру кабеля (в битовых интервалах) на длину кабеля в метрах.

Расчет заключается в вычислении задержек, вносимых каждым отрезком кабеля (приведенная в таблице задержка сигнала на 1 м кабеля умножается на длину сегмента), а затем суммировании этих задержек с базами левого, промежуточных и правого сегментов. Общее значение PDV не должно превышать 575.

Так как левый и правый сегменты имеют различные величины базовой задержки, то в случае различных типов сегментов на удаленных краях сети необходимо выполнить расчеты дважды: один раз принять в качестве левого сегмента сегмент одного типа, а во второй - сегмент другого типа. Результатом можно считать максимальное значение PDV. В нашем примере крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется, но если бы они были сегментами разного типа, то в первом случае нужно было бы принять в качестве левого сегмент между станцией и концентратором 1 , а во втором считать левым сегмент между станцией и концентратором 5 .

Приведенная на рисунке сеть в соответствии с правилом 4-х хабов не является корректной - в сети между узлами сегментов 1 и 6 имеется 5 хабов, хотя не все сегменты являются сегментами lOBase-FB. Кроме того, общая длина сети равна 2800 м, что нарушает правило 2500 м. Рассчитаем значение PDV для нашего примера.

Левый сегмент 1 / 15,3 (база) + 100 * 0,113= 26,6.

Промежуточный сегмент 2/ 33,5 + 1000 * 0,1 = 133,5.

Промежуточный сегмент 3/ 24 + 500 * 0,1 = 74,0.

Промежуточный сегмент 4/ 24 + 500 * 0,1 = 74,0.

Промежуточный сегмент 5/ 24 + 600 * 0,1 = 84,0.

Правый сегмент 6 /165 + 100 * 0,113 = 176,3.

Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 568,4.

Так как значение PDV меньше максимально допустимой величины 575, то эта сеть проходит по критерию времени двойного оборота сигнала несмотря на то, что ее общая длина составляет больше 2500 м, а количество повторителей - больше 4-х

Расчет PW

Чтобы признать конфигурацию сети корректной, нужно рассчитать также уменьшение межкадрового интервала повторителями, то есть величину PW.

Для расчета PW также можно воспользоваться значениями максимальных величин уменьшения межкадрового интервала при прохождении повторителей различных физических сред, рекомендованными IEEE и приведенными в табл. 3.6.

Таблица 3.6. Сокращение межкадрового интервала повторителями

В соответствии с этими данными рассчитаем значение PVV для нашего примера.

Левый сегмент 1 10Base-T: сокращение в 10,5 bt.

Промежуточный сегмент 2 10Base-FL: 8.

Промежуточный сегмент 3 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 4 10Base-FB: 2.

Промежуточный сегмент 5 10Base-FB: 2.

Сумма этих величин дает значение PW, равное 24,5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервала.

В результате приведенная в примере сеть соответствует стандартам Ethernet по всем параметрам, связанным и с длинами сегментов, и с количеством повторителей

Максимальная производительность сети Ethernet

Количество обрабатываемых кадров Ethernet в секунду часто указывается производителями мостов/коммутаторов и маршрутизаторов как основная характеристика производительности этих устройств. В свою очередь, интересно знать чистую максимальную пропускную способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду в идеальном случае, когда в сети нет коллизий и нет дополнительных задержек, вносимых мостами и маршрутизаторами. Такой показатель помогает оценить требования к производительности коммуникационных устройств, так как в каждый порт устройства не может поступать больше кадров в единицу времени, чем позволяет это сделать соответствующий протокол.

Для коммуникационного оборудования наиболее тяжелым режимом является обработка кадров минимальной длины. Это объясняется тем, что на обработку каждого кадра мост, коммутатор или маршрутизатор тратит примерно одно и то же время, связанное с просмотром таблицы продвижения пакета, формированием нового кадра (для маршрутизатора) и т. п. А количество кадров минимальной длины, поступающих на устройство в единицу времени, естественно больше, чем кадров любой другой длины. Другая характеристика производительности коммуникационного оборудования - бит в секунду - используется реже, так как она не говорит о том, какого размера кадры при этом обрабатывало устройство, а на кадрах максимального размера достичь высокой производительности, измеряемой в битах в секунду гораздо легче.

Используя параметры, приведенные в табл. 3.1, рассчитаем максимальную производительность сегмента Ethernet в таких единицах, как число переданных кадров (пакетов) минимальной длины в секунду.

ПРИМЕЧАНИЕ При указании пропускной способности сетей термины кадр и пакет обычно используются как синонимы. Соответственно, аналогичными являются и единицы измерения производительности frames-per-second, fps и packets-per-second, pps.

Для расчета максимального количества кадров минимальной длины, проходящих по сегменту Ethernet, заметим, что размер кадра минимальной длины вместе с преамбулой составляет 72 байт или 576 бит (рис. 3.5.), поэтому на его передачу затрачивается 57,5 мкс. Прибавив межкадровый интервал в 9,6 мкс, получаем, что период следования кадров минимальной длины составляет 67,1 мкс. Отсюда максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet составляет 14 880 кадр/с.

Рис. 3.5. К расчету пропускной способности протокола Ethernet

Естественно, что наличие в сегменте нескольких узлов снижает эту величину за счет ожидания доступа к среде, а также за счет коллизий, приводящих к необходимости повторной передачи кадров.

Кадры максимальной длины технологии Ethernet имеют поле длины 1500 байт, что вместе со служебной информацией дает 1518 байт, а с преамбулой составляет 1526 байт или 12 208 бит. Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet для кадров максимальной длины составляет 813 кадр/с. Очевидно, что при работе с большими кадрами нагрузка на мосты, коммутаторы и маршрутизаторы довольно ощутимо снижается.

Теперь рассчитаем, какой максимальной полезной пропускной способностью в бит в секунду обладают сегменты Ethernet при использовании кадров разного размера.

Под полезной пропускной способностью протокола понимается скорость передачи пользовательских данных, которые переносятся полем данных кадра. Эта пропускная способность всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет нескольких факторов:

· служебной информации кадра;

· межкадровых интервалов (IPG);

· ожидания доступа к среде.

Для кадров минимальной длины полезная пропускная способность равна:

С П =14880 * 46 *8 = 5,48 Мбит/с.

Это намного меньше 10 Мбит/с, но следует учесть, что кадры минимальной длины используются в основном для передачи квитанций, так что к передаче собственно данных файлов эта скорость отношения не имеет.

Для кадров максимальной длины полезная пропускная способность равна:

С П = 813 *1500 * 8 =9,76 Мбит/с,

что весьма близко к номинальной скорости протокола.

Еще раз подчеркнем, что такой скорости можно достигнуть только в том случае, когда двум взаимодействующим узлам в сети Ethernet другие узлы не мешают, что бывает крайне редко,

При использовании кадров среднего размера с полем данных в 512 байт пропускная способность сети составит 9,29 Мбит/с, что тоже достаточно близко к предельной пропускной способности в 10 Мбит/с.

ВНИМАНИЕ Отношение текущей пропускной способности сети к ее максимальной пропускной способности называется коэффициентом использования сети (network utilization). При этом при определении текущей пропускной способности принимается во внимание передача по сети любой информации, как пользовательской, так и служебной. Коэффициент является важным показателем для технологий разделяемых сред, так как при случайном характере метода доступа высокое значение коэффициента использования часто говорит о низкой полезной пропускной способности сети (то есть скорости передачи пользовательских донных) - слишком много времени узлы тратят на процедуру получения доступа и повторные передачи кадров после коллизий.

При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0,976 при передаче кадров максимальной длины. Очевидно, что в реальной сети Ethernet среднее значение коэффициента использования сети может значительно отличаться от этой величины. Более сложные случаи определения пропускной способности сети с учетом ожидания доступа и отработки коллизий будут рассмотрены ниже.

Форматы кадров технологии Ethernet

Стандарт технологии Ethernet, описанный в документе IEEE 802.3, дает описание единственного формата кадра уровня MAC. Так как в кадр уровня MAC должен вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе IEEE 802.2, то по стандартам IEEE в сети Ethernet может использоваться только единственный вариант кадра канального уровня, заголовок которого является комбинацией заголовков MAC и LLC подуровней.

Тем не менее на практике в сетях Ethernet на канальном уровне используются кадры 4-х различных форматов (типов). Это связано с длительной историей развития технологии Ethernet, насчитывающей период существования до принятия стандартов IEEE 802, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся.

Консорциум трех фирм Digital, Intel и Xerox в 1980 году представил на рассмотрение комитету 802.3 свою фирменную версию стандарта Ethernet (в которой был, естественно, описан определенный формат кадра) в качестве проекта международного стандарта, но комитет 802.3 принял стандарт, отличающийся в некоторых деталях от предложения DIX. Отличия касались и формата кадра, что породило существование двух различных типов кадров в сетях Ethernet.

Еще один формат кадра появился в результате усилий компании Novell по ускорению работы своего стека протоколов в сетях Ethernet.

И наконец, четвертый формат кадра стал результатом деятельности комитета 802.2 по приведению предыдущих форматов кадров к некоторому общему стандарту.

Различия в форматах кадров могут приводить к несовместимости в работе аппаратуры и сетевого программного обеспечения, рассчитанного на работу только с одним стандартом кадра Ethernet. Однако сегодня практически все сетевые адаптеры, драйверы сетевых адаптеров, мосты/коммутаторы и маршрутизаторы умеют работать со всеми используемыми на практике форматами кадров технологии Ethernet, причем распознавание типа кадра выполняется автоматически.

Ниже приводится описание всех четырех типов кадров Ethernet (здесь под кадром понимается весь набор полей, которые относятся к канальному уровню, то есть поля MAC и LLC уровней). Один и тот же тип кадра может иметь разные названия, поэтому ниже для каждого типа кадра приведено по нескольку наиболее употребительных названий:

· кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2);

· кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);

· кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);

· кадр Ethernet SNAP.

Форматы всех этих четырех типов кадров Ethernet приведены на рис. 3.6.

Выводы

· Ethernet - это самая распространенная на сегодняшний день технология локальных сетей. В широком смысле Ethernet - это целое семейство технологий, включающее различные фирменные и стандартные варианты, из которых наиболее известны фирменный вариант Ethernet DIX, 10-мегабитные варианты стандарта IEEE 802.3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Почти все виды технологий Ethernet используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод случайного доступа CSMA/CD, который определяет облик технологии в целом.

· В узком смысле Ethernet - это 10-мегабитная технология, описанная в стандарте IEEE 802.3.

· Важным явлением в сетях Ethernet является коллизия - ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Наличие коллизий - это неотъемлемое свойство сетей Ethernet, являющееся следствием принятого случайного метода доступа. Возможность четкого распознавания коллизий обусловлена правильным выбором параметров сети, в частности соблюдением соотношения между минимальной длиной кадра и максимально возможным диаметром сети.

· На характеристики производительности сети большое значение оказывает коэффициент использования сети, который отражает ее загруженность. При значениях этого коэффициента свыше 50 % полезная пропускная способность сети резко падает: из-за роста интенсивности коллизий, а также увеличения времени ожидания доступа к среде.

· Максимально возможная пропускная способность сегмента Ethernet в кадрах в секунду достигается при передаче кадров минимальной длины и составляет 14 880 кадр/с. При этом полезная пропускная способность сети составляет всего 5,48 Мбит/с, что лишь ненамного превышает половину номинальной пропускной способности - 10 Мбит/с.

· Максимально возможная полезная пропускная способность сети Ethernet составляет 9,75 Мбит/с, что соответствует использованию кадров максимальной длины в 1518 байт, которые передаются по сети со скоростью 513 кадр/с.

· При отсутствии коллизий и ожидания доступа коэффициент использования сети зависит от размера поля данных кадра и имеет максимальное значение 0,96.

· Технология Ethernet поддерживает 4 разных типа кадров, которые имеют общий формат адресов узлов. Существуют формальные признаки, по которым сетевые адаптеры автоматически распознают тип кадра.

· В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 определяет различные спецификации: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB. Для каждой спецификации определяются тип кабеля, максимальные длины непрерывных отрезков кабеля, а также правила использования повторителей для увеличения диаметра сети: правило «5-4-3» для коаксиальных вариантов сетей, и правило «4-х хабов» для витой пары и оптоволокна.

· Для «смешанной» сети, состоящей из физических сегментов различного типа, полезно проводить расчет общей длины сети и допустимого количества повторителей. Комитет IEEE 802.3 приводит исходные данные для таких расчетов, в которых указываются задержки, вносимые повторителями различных спецификаций физической среды, сетевыми адаптерами и сегментами кабеля.

Сетевые технологии IEEE802.5/Token-Ring

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token) .

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора . Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

Форматы кадров Token Ring

В Token Ring существуют три различных формата кадров:

· маркер;

· кадр данных;

· прерывающая последовательность

Физический уровень технологии Token Ring

Стандарт Token Ring фирмы IBM изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU (Multistation Access Unit) или MSAU (Multi-Station Access Unit), то есть устройствами многостанционного доступа (рис. 3.15). Сеть Token Ring может включать до 260 узлов.

Рис. 3.15. Физическая конфигурация сети Token Ring

Концентратор Token Ring может быть активным или пассивным. Пассивный концентратор просто соединяет порты внутренними связями так, чтобы станции, подключаемые к этим портам, образовали кольцо. Ни усиление сигналов, ни их ресинхронизацию пассивный MSAU не выполняет. Такое устройство можно считать простым кроссовым блоком за одним исключением - MSAU обеспечивает обход какого-либо порта, когда присоединенный к этому порту компьютер выключают. Такая функция необходима для обеспечения связности кольца вне зависимости от состояния подключенных компьютеров. Обычно обход порта выполняется за счет релейных схем, которые питаются постоянным током от сетевого адаптера, а при выключении сетевого адаптера нормально замкнутые контакты реле соединяют вход порта с его выходом.

Активный концентратор выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем, как в стандарте Ethernet.

Возникает вопрос - если концентратор является пассивным устройством, то каким образом обеспечивается качественная передача сигналов на большие расстояния, которые возникают при включении в сеть нескольких сот компьютеров? Ответ состоит в том, что роль усилителя сигналов в этом случае берет на себя каждый сетевой адаптер, а роль ресинхронизирующего блока выполняет сетевой адаптер активного монитора кольца. Каждый сетевой адаптер Token Ring имеет блок повторения, который умеет регенерировать и ресинхронизировать сигналы, однако последнюю функцию выполняет в кольце только блок повторения активного монитора.

Блок ресинхронизации состоит из 30-битного буфера, который принимает манчестерские сигналы с несколько искаженными за время оборота по кольцу интервалами следования. При максимальном количестве станций в кольце (260) вариация задержки циркуляции бита по кольцу может достигать 3-битовых интервалов. Активный монитор «вставляет» свой буфер в кольцо и синхронизирует битовые сигналы, выдавая их на выход с требуемой частотой.

В общем случае сеть Token Ring имеет комбинированную звездно-кольцевую конфигурацию. Конечные узлы подключаются к MSAU по топологии звезды, а сами MSAU объединяются через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) для образования магистрального физического кольца.

Все станции в кольце должны работать на одной скорости - либо 4 Мбит/с, либо 16 Мбит/с. Кабели, соединяющие станцию с концентратором, называются ответвительными (lobe cable), а кабели, соединяющие концентраторы, - магистральными (trunk cable).

Технология Token Ring позволяет использовать для соединения конечных станций и концентраторов различные типы кабеля: STP Type I, UTP Type 3, UTP Type 6, а также волоконно-оптический кабель.

При использовании экранированной витой пары STP Type 1 из номенклатуры кабельной системы IBM в кольцо допускается объединять до 260 станций при длине ответвительных кабелей до 100 метров, а при использовании неэкранированной витой пары максимальное количество станций сокращается до 72 при длине ответвительных кабелей до 45 метров.

Расстояние между пассивными MSAU может достигать 100 м при использовании кабеля STP Type 1 и 45 м при использовании кабеля UTP Type 3. Между активными MSAU максимальное расстояние увеличивается соответственно до 730 м или 365 м в зависимости от типа кабеля.

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

Выводы

· Технология Token Ring развивается в основном компанией IBM и имеет также статус стандарта IEEE 802.5, который отражает наиболее важные усовершенствования, вносимые в технологию IBM.

· В сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который гарантирует каждой станции получение доступа к разделяемому кольцу в течение времени оборота маркера. Из-за этого свойства этот метод иногда называют детерминированным.

· Метод доступа основан на приоритетах: от 0 (низший) до 7 (высший). Станция сама определяет приоритет текущего кадра и может захватить кольцо только в том случае, когда в кольце нет более приоритетных кадров.

· Сети Token Ring работают на двух скоростях: 4 и 16 Мбит/с и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель. Максимальное количество станций в кольце - 260, а максимальная длина кольца - 4 км.

· Технология Token Ring обладает элементами отказоустойчивости. За счет обратной связи кольца одна из станций - активный монитор - непрерывно контролирует наличие маркера, а также время оборота маркера и кадров данных. При некорректной работе кольца запускается процедура его повторной инициализации, а если она не помогает, то для локализации неисправного участка кабеля или неисправной станции используется процедура beaconing.

· Максимальный размер поля данных кадра Token Ring зависит от скорости работы кольца. Для скорости 4 Мбит/с он равен около 5000 байт, а при скорости 16 Мбит/с - около 16 Кбайт. Минимальный размер поля данных кадра не определен, то есть может быть равен 0.

· В сети Token Ring станции в кольцо объединяют с помощью концентраторов, называемых MSAU. Пассивный концентратор MSAU выполняет роль кроссовой панели, которая соединяет выход предыдущей станции в кольце со входом последующей. Максимальное расстояние от станции до MSAU - 100 м для STP и 45 м для UTP.

· Активный монитор выполняет в кольце также роль повторителя - он ресинхронизирует сигналы, проходящие по кольцу.

· Кольцо может быть построено на основе активного концентратора MSAU, который в этом случае называют повторителем.

· Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец.

Сетевые технологии IEEE802.4/ArcNet

В качестве топологии сеть ArcNet использует “шину” и “пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель. В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость. Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

Сетевая технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI– стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных. Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

Основные характеристики технологии

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

· повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

· повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

· максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 3.16), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Рис. 3.16. Реконфигурация колец FDDI при отказе

В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей. Технология FDDI дополняет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring механизмами реконфигурации пути передачи данных в сети, основанными на наличии резервных связей, обеспечиваемых вторым кольцом.

Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая разделяемая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа. Этот метод очень близок к методу доступа сетей Token Ring и также называется методом маркерного (или токенного) кольца - token ring.

Отличия метода доступа заключаются в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в сети Token Ring. Это время зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля. Эти изменения в методе доступа касаются только асинхронного трафика, который не критичен к небольшим задержкам передачи кадров. Для синхронного трафика время удержания маркера по-прежнему остается фиксированной величиной. Механизм приоритетов кадров, аналогичный принятому в технологии Token Ring, в технологии FDDI отсутствует. Разработчики технологии решили, что деление трафика на 8 уровней приоритетов избыточно и достаточно разделить трафик на два класса - асинхронный и синхронный, последний из которых обслуживается всегда, даже при перегрузках кольца.

В остальном пересылка кадров между станциями кольца на уровне MAC полностью соответствует технологии Token Ring. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как и сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.

Адреса уровня MAC имеют стандартный для технологий IEEE 802 формат. Формат кадра FDDI близок к формату кадра Token Ring, основные отличия заключаются в отсутствии полей приоритетов. Признаки распознавания адреса, копирования кадра и ошибки позволяют сохранить имеющиеся в сетях Token Ring процедуры обработки кадров станцией-отправителем, промежуточными станциями и станцией-получателем.

На рис. 3.17 приведено соответствие структуры протоколов технологии FDDI семиуровневой модели OSI. FDDI определяет протокол физического уровня и протокол подуровня доступа к среде (MAC) канального уровня. Как и во многих других технологиях локальных сетей, в технологии FDDI используется протокол подуровня управления каналом данных LLC, определенный в стандарте IEEE 802.2. Таким образом, несмотря на то что технология FDDI была разработана и стандартизована институтом ANSI, а не комитетом IEEE, она полностью вписывается в структуру стандартов 802.

Рис. 3.17. Структура протоколов технологии FDDI

Отличительной особенностью технологии FDDI является уровень управления станцией - Station Management (SMT). Именно уровень SMT выполняет все функции по управлению и мониторингу всех остальных уровней стека протоколов FDDI. В управлении кольцом принимает участие каждый узел сети FDDI. Поэтому все узлы обмениваются специальными кадрами SMT для управления сетью.

Отказоустойчивость сетей FDDI обеспечивается протоколами и других уровней: с помощью физического уровня устраняются отказы сети по физическим причинам, например из-за обрыва кабеля, а с помощью уровня MAC - логические отказы сети, например потеря нужного внутреннего пути передачи маркера и кадров данных между портами концентратора.

Выводы

· Технология FDDI первой использовала волоконно-оптический кабель в локальных сетях, а также работу на скорости 100 Мбит/с.

· Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.

· Технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть, за счет «сворачивания» двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.

· Маркерный метод доступа FDDI работает по-разному для синхронных и асинхронных кадров (тип кадра определяет станция). Для передачи синхронного кадра станция всегда может захватить пришедший маркер на фиксированное время. Для передачи асинхронного кадра станция может захватить маркер только в том случае, когда маркер выполнил оборот по кольцу достаточно быстро, что говорит об отсутствии перегрузок кольца. Такой метод доступа, во-первых, отдает предпочтение синхронным кадрам, а во-вторых, регулирует загрузку кольца, притормаживая передачу несрочных асинхронных кадров.

· В качестве физической среды технология FDDI использует волоконно-оптические кабели и UTP категории 5 (этот вариант физического уровня называется TP-PMD).

· Максимальное количество станций двойного подключения в кольце - 500, максимальный диаметр двойного кольца - 100 км. Максимальные расстояния между соседними узлами для многомодового кабеля равны 2 км, для витой пары UPT категории 5-100 м, а для одномодового оптоволокна зависят от его качества

• Tutorial

Всем привет. На днях возникла идея написать статьи про основы компьютерных сетей, разобрать работу самых важных протоколов и как строятся сети простым языком. Заинтересовавшихся приглашаю под кат.

Немного оффтопа: Приблизительно месяц назад сдал экзамен CCNA (на 980/1000 баллов) и осталось много материала за год моей подготовки и обучения. Учился я сначала в академии Cisco около 7 месяцев, а оставшееся время вел конспекты по всем темам, которые были мною изучены. Также консультировал многих ребят в области сетевых технологий и заметил, что многие наступают на одни и те же грабли, в виде пробелов по каким-то ключевым темам. На днях пару ребят попросили меня объяснить, что такое сети и как с ними работать. В связи с этим решил максимально подробно и простым языком описать самые ключевые и важные вещи. Статьи будут полезны новичкам, которые только встали на путь изучения. Но, возможно, и бывалые сисадмины подчеркнут из этого что-то полезное. Так как я буду идти по программе CCNA, это будет очень полезно тем людям, которые готовятся к сдаче. Можете держать статьи в виде шпаргалок и периодически их просматривать. Я во время обучения делал конспекты по книгам и периодически читал их, чтобы освежать знания.

Вообще хочу дать всем начинающим совет. Моей первой серьезной книгой, была книга Олиферов «Компьютерные сети». И мне было очень тяжело читать ее. Не скажу, что все было тяжело. Но моменты, где детально разбиралось, как работает MPLS или Ethernet операторского класса, вводило в ступор. Я читал одну главу по несколько часов и все равно многое оставалось загадкой. Если вы понимаете, что какие то термины никак не хотят лезть в голову, пропустите их и читайте дальше, но ни в коем случае не отбрасывайте книгу полностью. Это не роман или эпос, где важно читать по главам, чтобы понять сюжет. Пройдет время и то, что раньше было непонятным, в итоге станет ясно. Здесь прокачивается «книжный скилл». Каждая следующая книга, читается легче предыдущей книги. К примеру, после прочтения Олиферов «Компьютерные сети», читать Таненбаума «Компьютерные сети» легче в несколько раз и наоборот. Потому что новых понятий встречается меньше. Поэтому мой совет: не бойтесь читать книги. Ваши усилия в будущем принесут плоды. Заканчиваю разглагольствование и приступаю к написанию статьи.

Вот сами темы

1) Основные сетевые термины, сетевая модель OSI и стек протоколов TCP/IP.
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9) Маршрутизация: статическая и динамическая на примере RIP, OSPF и EIGRP.
10) Трансляция сетевых адресов: NAT и PAT.
11) Протоколы резервирования первого перехода: FHRP.
12) Безопасность компьютерных сетей и виртуальные частные сети: VPN.
13) Глобальные сети и используемые протоколы: PPP, HDLC, Frame Relay.
14) Введение в IPv6, конфигурация и маршрутизация.
15) Сетевое управление и мониторинг сети.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.

Итак, начнем с основных сетевых терминов.

Что такое сеть? Это совокупность устройств и систем, которые подключены друг к другу (логически или физически) и общающихся между собой. Сюда можно отнести сервера, компьютеры, телефоны, маршрутизаторы и так далее. Размер этой сети может достигать размера Интернета, а может состоять всего из двух устройств, соединенных между собой кабелем. Чтобы не было каши, разделим компоненты сети на группы:

1) Оконечные узлы: Устройства, которые передают и/или принимают какие-либо данные. Это могут быть компьютеры, телефоны, сервера, какие-то терминалы или тонкие клиенты, телевизоры.

2) Промежуточные устройства: Это устройства, которые соединяют оконечные узлы между собой. Сюда можно отнести коммутаторы, концентраторы, модемы, маршрутизаторы, точки доступа Wi-Fi.

3) Сетевые среды: Это те среды, в которых происходит непосредственная передача данных. Сюда относятся кабели, сетевые карточки, различного рода коннекторы, воздушная среда передачи. Если это медный кабель, то передача данных осуществляется при помощи электрических сигналов. У оптоволоконных кабелей, при помощи световых импульсов. Ну и у беспроводных устройств, при помощи радиоволн.

Посмотрим все это на картинке:

На данный момент надо просто понимать отличие. Детальные отличия будут разобраны позже.

Теперь, на мой взгляд, главный вопрос: Для чего мы используем сети? Ответов на этот вопрос много, но я освещу самые популярные, которые используются в повседневной жизни:

1) Приложения: При помощи приложений отправляем разные данные между устройствами, открываем доступ к общим ресурсам. Это могут быть как консольные приложения, так и приложения с графическим интерфейсом.

2) Сетевые ресурсы: Это сетевые принтеры, которыми, к примеру, пользуются в офисе или сетевые камеры, которые просматривает охрана, находясь в удаленной местности.

3) Хранилище: Используя сервер или рабочую станцию, подключенную к сети, создается хранилище доступное для других. Многие люди выкладывают туда свои файлы, видео, картинки и открывают общий доступ к ним для других пользователей. Пример, который на ходу приходит в голову, - это google диск, яндекс диск и тому подобные сервисы.

4) Резервное копирование: Часто, в крупных компаниях, используют центральный сервер, куда все компьютеры копируют важные файлы для резервной копии. Это нужно для последующего восстановления данных, если оригинал удалился или повредился. Методов копирования огромное количество: с предварительным сжатием, кодированием и так далее.

5) VoIP: Телефония, работающая по протоколу IP. Применяется она сейчас повсеместно, так как проще, дешевле традиционной телефонии и с каждым годом вытесняет ее.

Из всего списка, чаще всего многие работали именно с приложениями. Поэтому разберем их более подробно. Я старательно буду выбирать только те приложения, которые как-то связаны с сетью. Поэтому приложения типа калькулятора или блокнота, во внимание не беру.

1) Загрузчики. Это файловые менеджеры, работающие по протоколу FTP, TFTP. Банальный пример - это скачивание фильма, музыки, картинок с файлообменников или иных источников. К этой категории еще можно отнести резервное копирование, которое автоматически делает сервер каждую ночь. То есть это встроенные или сторонние программы и утилиты, которые выполняют копирование и скачивание. Данный вид приложений не требует прямого человеческого вмешательства. Достаточно указать место, куда сохранить и скачивание само начнется и закончится.

Скорость скачивания зависит от пропускной способности. Для данного типа приложений это не совсем критично. Если, например, файл будет скачиваться не минуту, а 10, то тут только вопрос времени, и на целостности файла это никак не скажется. Сложности могут возникнуть только когда нам надо за пару часов сделать резервную копию системы, а из-за плохого канала и, соответственно, низкой пропускной способности, это занимает несколько дней. Ниже приведены описания самых популярных протоколов данной группы:

FTP- это стандартный протокол передачи данных с установлением соединения. Работает по протоколу TCP (этот протокол в дальнейшем будет подробно рассмотрен). Стандартный номер порта 21. Чаще всего используется для загрузки сайта на веб-хостинг и выгрузки его. Самым популярным приложением, работающим по этому протоколу - это Filezilla. Вот так выглядит само приложение:

TFTP- это упрощенная версия протокола FTP, которая работает без установления соединения, по протоколу UDP. Применяется для загрузки образа бездисковыми рабочими станциями. Особенно широко используется устройствами Cisco для той же загрузки образа и резервных копий.

Интерактивные приложения. Приложения, позволяющие осуществить интерактивный обмен. Например, модель «человек-человек». Когда два человека, при помощи интерактивных приложений, общаются между собой или ведут общую работу. Сюда относится: ICQ, электронная почта, форум, на котором несколько экспертов помогают людям в решении вопросов. Или модель «человек-машина». Когда человек общается непосредственно с компьютером. Это может быть удаленная настройка базы, конфигурация сетевого устройства. Здесь, в отличие от загрузчиков, важно постоянное вмешательство человека. То есть, как минимум, один человек выступает инициатором. Пропускная способность уже более чувствительна к задержкам, чем приложения-загрузчики. Например, при удаленной конфигурации сетевого устройства, будет тяжело его настраивать, если отклик от команды будет в 30 секунд.

Приложения в реальном времени. Приложения, позволяющие передавать информацию в реальном времени. Как раз к этой группе относится IP-телефония, системы потокового вещания, видеоконференции. Самые чувствительные к задержкам и пропускной способности приложения. Представьте, что вы разговариваете по телефону и то, что вы говорите, собеседник услышит через 2 секунды и наоборот, вы от собеседника с таким же интервалом. Такое общение еще и приведет к тому, что голоса будут пропадать и разговор будет трудноразличимым, а в видеоконференция превратится в кашу. В среднем, задержка не должна превышать 300 мс. К данной категории можно отнести Skype, Lync, Viber (когда совершаем звонок).

Теперь поговорим о такой важной вещи, как топология. Она делится на 2 большие категории: физическая и логическая . Очень важно понимать их разницу. Итак, физическая топология - это как наша сеть выглядит. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели используются, как они протянуты и в какой порт воткнуты. Логическая топология - это каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии. То есть физическая - это как мы расположили устройства, а логическая - это через какие устройства будут проходить пакеты.

Теперь посмотрим и разберем виды топологии:

1) Топология с общей шиной (англ. Bus Topology)

Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило - это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

2) Кольцевая топология (англ. Ring Topology)

В данной топологии каждое устройство подключается к 2-ум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.

3) Топология звезда (англ. Star Topology)

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

4)Полносвязная топология (англ. Full-Mesh Topology)

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

5)Неполносвязная топология (англ. Partial-Mesh Topology)

Как правило, вариантов ее несколько. Она похожа по строению на полносвязную топологию. Однако соединение построено не с каждого на каждый, а через дополнительные узлы. То есть узел A, связан напрямую только с узлом B, а узел B связан и с узлом A, и с узлом C. Так вот, чтобы узлу A отправить сообщение узлу C, ему надо отправить сначала узлу B, а узел B в свою очередь отправит это сообщение узлу C. В принципе по этой топологии работают маршрутизаторы. Приведу пример из домашней сети. Когда вы из дома выходите в Интернет, у вас нет прямого кабеля до всех узлов, и вы отправляете данные своему провайдеру, а он уже знает куда эти данные нужно отправить.

6) Смешанная топология (англ. Hybrid Topology)

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

И последнее, что осталось разобрать - это сетевые модели. На этапе зарождения компьютеров, у сетей не было единых стандартов. Каждый вендор использовал свои проприетарные решения, которые не работали с технологиями других вендоров. Конечно, оставлять так было нельзя и нужно было придумывать общее решение. Эту задачу взвалила на себя международная организация по стандартизации (ISO - International Organization for Standartization). Они изучали многие, применяемые на то время, модели и в результате придумали модель OSI , релиз которой состоялся в 1984 году. Проблема ее была только в том, что ее разрабатывали около 7 лет. Пока специалисты спорили, как ее лучше сделать, другие модели модернизировались и набирали обороты. В настоящее время модель OSI не используют. Она применяется только в качестве обучения сетям. Мое личное мнение, что модель OSI должен знать каждый уважающий себя админ как таблицу умножения. Хоть ее и не применяют в том виде, в каком она есть, принципы работы у всех моделей схожи с ней.

Состоит она из 7 уровней и каждый уровень выполняет определенную ему роль и задачи. Разберем, что делает каждый уровень снизу вверх:

1) Физический уровень (Physical Layer): определяет метод передачи данных, какая среда используется (передача электрических сигналов, световых импульсов или радиоэфир), уровень напряжения, метод кодирования двоичных сигналов.

2) Канальный уровень (Data Link Layer): он берет на себя задачу адресации в пределах локальной сети, обнаруживает ошибки, проверяет целостность данных. Если слышали про MAC-адреса и протокол «Ethernet», то они располагаются на этом уровне.

3) Сетевой уровень (Network Layer): этот уровень берет на себя объединения участков сети и выбор оптимального пути (т.е. маршрутизация). Каждое сетевое устройство должно иметь уникальный сетевой адрес в сети. Думаю, многие слышали про протоколы IPv4 и IPv6. Эти протоколы работают на данном уровне.

4) Транспортный уровень (Transport Layer): Этот уровень берет на себя функцию транспорта. К примеру, когда вы скачиваете файл с Интернета, файл в виде сегментов отправляется на Ваш компьютер. Также здесь вводятся понятия портов, которые нужны для указания назначения к конкретной службе. На этом уровне работают протоколы TCP (с установлением соединения) и UDP (без установления соединения).

5) Сеансовый уровень (Session Layer): Роль этого уровня в установлении, управлении и разрыве соединения между двумя хостами. К примеру, когда открываете страницу на веб-сервере, то Вы не единственный посетитель на нем. И вот для того, чтобы поддерживать сеансы со всеми пользователями, нужен сеансовый уровень.

6) Уровень представления (Presentation Layer): Он структурирует информацию в читабельный вид для прикладного уровня. Например, многие компьютеры используют таблицу кодировки ASCII для вывода текстовой информации или формат jpeg для вывода графического изображения.

7) Прикладной уровень (Application Layer): Наверное, это самый понятный для всех уровень. Как раз на этом уроне работают привычные для нас приложения - e-mail, браузеры по протоколу HTTP, FTP и остальное.

Самое главное помнить, что нельзя перескакивать с уровня на уровень (Например, с прикладного на канальный, или с физического на транспортный). Весь путь должен проходить строго с верхнего на нижний и с нижнего на верхний. Такие процессы получили название инкапсуляция (с верхнего на нижний) и деинкапсуляция (с нижнего на верхний). Также стоит упомянуть, что на каждом уровне передаваемая информация называется по-разному.

На прикладном, представления и сеансовым уровнях, передаваемая информация обозначается как PDU (Protocol Data Units). На русском еще называют блоки данных, хотя в моем круге их называют просто данные).

Информацию транспортного уровня называют сегментами. Хотя понятие сегменты, применимо только для протокола TCP. Для протокола UDP используется понятие - датаграмма. Но, как правило, на это различие закрывают глаза.
На сетевом уровне называют IP пакеты или просто пакеты.

И на канальном уровне - кадры. С одной стороны это все терминология и она не играет важной роли в том, как вы будете называть передаваемые данные, но для экзамена эти понятия лучше знать. Итак, приведу свой любимый пример, который помог мне, в мое время, разобраться с процессом инкапсуляции и деинкапусуляции:

1) Представим ситуацию, что вы сидите у себя дома за компьютером, а в соседней комнате у вас свой локальный веб-сервер. И вот вам понадобилось скачать файл с него. Вы набираете адрес страницы вашего сайта. Сейчас вы используете протокол HTTP, которые работает на прикладном уровне. Данные упаковываются и спускаются на уровень ниже.

2) Полученные данные прибегают на уровень представления. Здесь эти данные структурируются и приводятся в формат, который сможет быть прочитан на сервере. Запаковывается и спускается ниже.

3) На этом уровне создается сессия между компьютером и сервером.

4) Так как это веб сервер и требуется надежное установление соединения и контроль за принятыми данными, используется протокол TCP. Здесь мы указываем порт, на который будем стучаться и порт источника, чтобы сервер знал, куда отправлять ответ. Это нужно для того, чтобы сервер понял, что мы хотим попасть на веб-сервер (стандартно - это 80 порт), а не на почтовый сервер. Упаковываем и спускаем дальше.

5) Здесь мы должны указать, на какой адрес отправлять пакет. Соответственно, указываем адрес назначения (пусть адрес сервера будет 192.168.1.2) и адрес источника (адрес компьютера 192.168.1.1). Заворачиваем и спускаем дальше.

6) IP пакет спускается вниз и тут вступает в работу канальный уровень. Он добавляет физические адреса источника и назначения, о которых подробно будет расписано в последующей статье. Так как у нас компьютер и сервер в локальной среде, то адресом источника будет являться MAC-адрес компьютера, а адресом назначения MAC-адрес сервера (если бы компьютер и сервер находились в разных сетях, то адресация работала по-другому). Если на верхних уровнях каждый раз добавлялся заголовок, то здесь еще добавляется концевик, который указывает на конец кадра и готовность всех собранных данных к отправке.

7) И уже физический уровень конвертирует полученное в биты и при помощи электрических сигналов (если это витая пара), отправляет на сервер.

Процесс деинкапсуляции аналогичен, но с обратной последовательностью:

1) На физическом уровне принимаются электрические сигналы и конвертируются в понятную битовую последовательность для канального уровня.

2) На канальном уровне проверяется MAC-адрес назначения (ему ли это адресовано). Если да, то проверяется кадр на целостность и отсутствие ошибок, если все прекрасно и данные целы, он передает их вышестоящему уровню.

3) На сетевом уровне проверяется IP адрес назначения. И если он верен, данные поднимаются выше. Не стоит сейчас вдаваться в подробности, почему у нас адресация на канальном и сетевом уровне. Это тема требует особого внимания, и я подробно объясню их различие позже. Главное сейчас понять, как данные упаковываются и распаковываются.

4) На транспортном уровне проверяется порт назначения (не адрес). И по номеру порта, выясняется какому приложению или сервису адресованы данные. У нас это веб-сервер и номер порта - 80.

5) На этом уровне происходит установление сеанса между компьютером и сервером.

6) Уровень представления видит, как все должно быть структурировано и приводит информацию в читабельный вид.

7) И на этом уровне приложения или сервисы понимают, что надо выполнить.

Много было написано про модель OSI. Хотя я постарался быть максимально краток и осветить самое важное. На самом деле про эту модель в Интернете и в книгах написано очень много и подробно, но для новичков и готовящихся к CCNA, этого достаточно. Из вопросов на экзамене по данной модели может быть 2 вопроса. Это правильно расположить уровни и на каком уровне работает определенный протокол.

Как было написано выше, модель OSI в наше время не используется. Пока разрабатывалась эта модель, все большую популярность получал стек протоколов TCP/IP. Он был значительно проще и завоевал быструю популярность.
Вот так этот стек выглядит:

Как видно, он отличается от OSI и даже сменил название некоторых уровней. По сути, принцип у него тот же, что и у OSI. Но только три верхних уровня OSI: прикладной, представления и сеансовый объединены у TCP/IP в один, под названием прикладной. Сетевой уровень сменил название и называется - Интернет. Транспортный остался таким же и с тем же названием. А два нижних уровня OSI: канальный и физический объединены у TCP/IP в один с названием - уровень сетевого доступа. Стек TCP/IP в некоторых источниках обозначают еще как модель DoD (Department of Defence). Как говорит википедия, была разработана Министерством обороны США. Этот вопрос встретился мне на экзамене и до этого я про нее ничего не слышал. Соответственно вопрос: «Как называется сетевой уровень в модели DoD?», ввел меня в ступор. Поэтому знать это полезно.

Было еще несколько сетевых моделей, которые, какое то время держались. Это был стек протоколов IPX/SPX. Использовался с середины 80-х годов и продержался до конца 90-х, где его вытеснила TCP/IP. Был реализован компанией Novell и являлся модернизированной версией стека протоколов Xerox Network Services компании Xerox. Использовался в локальных сетях долгое время. Впервые IPX/SPX я увидел в игре «Казаки». При выборе сетевой игры, там предлагалось несколько стеков на выбор. И хоть выпуск этой игры был, где то в 2001 году, это говорило о том, что IPX/SPX еще встречался в локальных сетях.

Еще один стек, который стоит упомянуть - это AppleTalk. Как ясно из названия, был придуман компанией Apple. Создан был в том же году, в котором состоялся релиз модели OSI, то есть в 1984 году. Продержался он совсем недолго и Apple решила использовать вместо него TCP/IP.

Также хочу подчеркнуть одну важную вещь. Token Ring и FDDI - не сетевые модели! Token Ring - это протокол канального уровня, а FDDI это стандарт передачи данных, который как раз основывается на протоколе Token Ring. Это не самая важная информация, так как эти понятия сейчас не встретишь. Но главное помнить о том, что это не сетевые модели.

Вот и подошла к концу статья по первой теме. Хоть и поверхностно, но было рассмотрено много понятий. Самые ключевые будут разобраны подробнее в следующих статьях. Надеюсь теперь сети перестанут казаться чем то невозможным и страшным, а читать умные книги будет легче). Если я что-то забыл упомянуть, возникли дополнительные вопросы или у кого есть, что дополнить к этой статье, оставляйте комментарии, либо спрашивайте лично. Спасибо за прочтение. Буду готовить следующую тему.

топология сети

Добавить метки

Введение

Современное человеческое общество живет в период, характеризующийся небывалым ростом объема информационных потоков. Это относится как к экономике, так и к социальной сфере. Рыночные отношения предъявляют повышенные требования к своевременности, достоверности, полноте информации.

Применение современных электронных вычислительных машин дает возможность переложить трудоемкие операции на автоматические или автоматизированные устройства, которые могут работать со скоростью, превышающей скорость обработки информации человеком в миллионы раз.

Использование ЭВМ приводит к коренной перестройке технологии производства практически во всех отраслях промышленности, коммерческой и финансово-кредитной деятельности и, как следствие, к повышению производительности и улучшению условий труда людей. Именно поэтому современный специалист должен владеть теоретическими знаниями в области информатики и практическими навыками использования вычислительной техники, техники связи и других средств управления.

Целью данного курсового проекта является проектирование структурированной кабельной системы для НИИ, которая отвечает поставленным требованиям. Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством выполнения этой основной задачи.

Использование компьютерных сетей имеет множество преимуществ:

Снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств

Стандартизация приложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»

Оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест

Эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест).

Данная тема курсового проектирования является довольно актуальной, так как немыслимо себе представить исследовательский институт в настоящее время без сетевых решений. В современном мире 80 % компьютеров объединены в сеть. НИИ является организацией, которая по своей сути должна изучать, разрабатывать, открывать что-то новое для общества. А о каких новейших разработках может идти речь, если сам институт не соответствует росту информационных технологий, не идет «в ногу со времени»…

Мы поставили перед собой следующие задачи:

· Провести обзор и анализ альтернатив решения задач проектирования, с помощью существующих на рынке сетевых технологий;

· Осуществить выбор и обоснование проектных решений на основании проведенного анализа;

· Представить оптимальный вариант построения скс в НИИ со схемой организации связей;

· Обеспечить максимальную безопасность оборудования и данных.

В первой главе дано описание существующих на данное время сетевых технологий, а также топологий сети с присущими стандартами, т.е. та информация, которой мы будем пользоваться в данном проекте. Исходя из этого, будем анализировать все оборудование.

Во второй главе будет дано описание оборудования, которое мы будем непосредственно использовать при создании ЛВС.

Перечень принятых сокращений

НИИ – научно-исследовательский институт

СКС – структурированная кабельная система

ЭВМ – электронная вычислительная машина

ПО – программное обеспечение

ЛВС – локальная вычислительная сеть

ИТ – информационные технологии

ПК – персональный компьютер

Глава 1. «Аналитическая часть»

Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации - сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы - накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д. Данной работой и занимается наш объект курсового проектирования Научно Исследовательский Институт. По типу организационной структуры НИИ относится к предприятию с матричной организацией, которая обеспечивает четкое разделение управленческой и профессиональной ответственности за проект, позволяет легко вовлекаться другие службы компании в выполнение проекта. Внимание руководителя проекта (научного руководителя НИР, главного конструктора ОКР) должно фокусироваться на управлении проектом в большей степени, чем на личном решении научно-технических проблем. Отдельные научно-технические специалисты, работая в рамках одной комплексной "команды", преследуют конкретные и осязаемые цели. Будучи специалистами в своих дисциплинах, такие работники приобретают более высокий статус в "междисциплинарной команде". Вместе с тем они сохраняют связь со своей дисциплиной и не теряют возможности обращаться к руководителю специализированного подразделения по профессиональным вопросам. Наша задача состоит в создание структурированной кабельной системы в НИИ, позволяющей быстро передавать, обрабатывать и получать необходимую информацию, в том числе и аудио и видео данных, быть на связи посредством телефона, быть в курсе последних разработок посредством Enternet, а соответственно, и быстрее принимать управленческие решения, производить сложные операции, получать желаемые результаты.

На российском рынке проектирования и создания скс можно выделить несколько крупных компаний, позволяющих решить поставленную перед нами задачу. Одна из них представляет собой группу компаний Сервис - Телеком ИТ, которая успешно работает в области сетевой интеграции с 1993 года. Компания предлагает услуги по проектированию, монтажным и пуско-наладочным работам и последующее техническое обслуживании предприятий различных сфер деятельности. Компания является официальным партнером ведущих российских и мировых производителей ИТ рынка, таких как Cisco System, 3Com, AESP, Molex PN, Siemon, RIT, EuroLan, IBM, Novell, Microsoft, APS, Eaton. Отличительной особенностью является наличие ПАСПОРТА ОБЪЕКТА, который включает в себя всю рабочую документацию связанную не только с технологией производства работ, но и организацией рабочего времени на протяжении всего процесса работы над проектом. Компания ИнфоТех предлагает аналогичный перечень услуг, уделяя особое внимание требованиям и пожеланиям заказчика и готова внести любые поправки, дополнения и исправления, связанные с изменениями условий Заказчика. Также можно выделить такие компании как ПиК, ALT Group, RitmIT и другие. Все выше описанные компании имеют лицензию Государственного комитета Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу - осуществление деятельности по проектированию и строительству зданий и сооружений I и II уровень ответственности в соответствии с государственным стандартом.

В настоящее время на рынке сетевого оборудования и технологий, имеется множество компаний предлагающих свою продукцию, работу и услуги по установке и дальнейшего обслуживания сетевого оборудования. В данном проекте мы сделаем акцент на продукцию таких фирм, как: D-Link, Cisco, Альфа-Сити. Компания D-Link является лидером-поставщиком коммутаторов на территории России и стран ближнего зарубежья. Компания Cisco является также лидером-поставщиком патч – панелей, сетевых карт и коммуникационных шкафов. Альфа-Сити крупнейший поставщик кабелей различных категорий, вилок и розеток, а также оборудования для защиты кабелей от физического повреждения на территории центральной России.

Организация, а в данном случае НИИ, должна перейти на новый уровень передачи информации. Будем считать, что мы начинаем прокладывать сеть с нуля, существующий способ передачи информации заключался в использовании съемных носителей. НИИ состоит из 28 кабинетов, рассчитанных на 143 рабочих мест. Комнат с одинаковой планировкой 24. В их состав входит 4 комнат, которые попарно имеют общий вход (смежные). В 17 из кабинетов находятся по 4 ПК, и предусмотрено одно дополнительное рабочее место; в 7 кабинетах с одинаковой планировкой находится по 5 рабочих мест. В остальных 4-х кабинетах находится общей сложностью 19 ПК.

Сегодня существование современного офиса невозможно представить себе без структурированной кабельной системы (СКС) – основы для создания автоматизированных рабочих мест. Профессиональная организация кабельной системы здания является одной из ключевых задач создания интеллектуальных систем и определяет надежность функционирования всех служб и подразделений современного офиса. Применение скс позволяет при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счёт длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов. В этом и состоит экономическая целесообразность создания скс для рассматриваемой предметной области.

1.2 Определение целей и задач курсового проектирования

Целью данного курсового проекта разработки структурированной кабельной системы для научно-исследовательского института состоит, прежде всего, в улучшении значений показателей качества обработки информации, а именно:

Создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию, созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

Кабельные системы являются тем базисом, на котором строятся все основные компоненты информационно-вычислительных комплексов предприятий и организаций. Грамотная организация кабельной системы здания является одной из ключевых задач создания интеллектуальных систем и определяет надежность функционирования всех служб и подразделений корпорации. Именно поэтому при создании кабельной системы здания необходимо, чтобы она была бы такой же капитальной, как и само здание. В то же время именно кабельные системы в первую очередь затрагивают изменения в новых технологиях передачи данных, сетевых и коммуникационных стандартах, моделях оборудования и версиях прикладных программ, из-за которых приходится постоянно модернизировать или даже полностью заменять всю слаботочную проводку.

Создание скс в НИИ предполагает создание горизонтальной этажной системы, в которой каждый компонент должен удовлетворять не только условиям передачи данных, но и соответствовать обычным строительным стандартам, например, быть пожаробезопасным. Сеть прокладывается с учетом расширения штата работников, в работе должно быть минимальное количество сбоев, коллизий, скорость передачи данных должна составлять не менее 100 Мбит/с.

Важным требованием, предъявляемым к кабельной сети, является ее высокая пропускная способность, которая должна обеспечивать бесперебойный обмен информационными потоками, как внутри здания, так и за его пределами.

Следующими требованиями к кабельной сети можно назвать универсальность и гибкость кабельной системы. Кабельная сеть должна обладать возможностью универсального подключения всего спектра компьютерной и телефонной техники, а также быть гибко настроенной к возможным структурным преобразованиям внутри предприятия. К понятиям универсальности и гибкости следует отнести и то, что вычислительные и телефонные сети, вследствие их наиболее тесной интеграции, должны проектироваться и монтироваться одновременно.

Кабельная сеть должна быть максимально масштабируема, чтобы отвечать стремительным темпам роста производительность активного сетевого оборудования.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System – SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Структурированная кабельная система способна поддерживать широкий диапазон приложений. Она может использоваться для реализации локальной вычислительной сети, пожарной и охранной системы, телефонии, телевидения и т.д. Оборудование, предназначенное для поддержки конкретного приложения, не является частью структурированной кабельной системы.

Многие подобные организации в начале своей деятельности сталкиваются с проблемой создания информационных коммуникаций, построенных на использовании кабельных сетей. Ведь на большинстве площадей, используемых как коммерческая недвижимость, не предусмотрено размещение кабельной системы. Поэтому часто возникает необходимость приспосабливать здание или помещение для нужд предприятия. Это включает в себя: реконструкцию, обновление линий электропитания, прокладывание новых коммуникаций для телефонной связи и компьютеров. При этом стараются учесть размещение рабочих мест, выделить помещения для расстановки оборудования вычислительного центра.

Преимущества структурированной кабельной системы.

- Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети.

- Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.

- Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке.

- Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.

- Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.

- Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

ЛВС - это компьютерная сеть, ограниченная небольшим пространством, например, отдельным зданием или группой зданий, находящихся в непосредственной близости друг от друга. Набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных устройств (принтеров, дисковых контроллеров и т.п.) и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными. ЛВС включает в себя кабельную локальную сеть ЛВС или СКС, активное сетевое оборудование и компьютеры различного назначения.

Основное назначение ЛВС - в распределении ресурсов ЭВМ: программ, совместимости периферийных устройств, терминалов, памяти. Следовательно, ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях. Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах:

Единой передающей среды;

Единого метода управления;

Единых протоколов;

Гибкой модульной организации;

Информационной и программной совместимости.

1.3.2 Локальная сеть Ethernet

Существует несколько методов передачи информации в сети: Ethernet, Token Ring, ArcNet (основные характеристики сетей по методам передачи информации в сети смотри в табл. 1.1.).

В данном курсовом проекте будет использована технология Ethernet, поэтому начнем с неё.

Эфирная сеть, как можно перевести Ethernet, получила свое название от несуществующей субстанции (эфира), которой, как считали ученые в прошлом веке, был заполнен вакуум и которая якобы служила средой для распространения света. Однако это технология имеет и более непосредственное отношение к эфиру, точнее, радиоэфиру, так как ее предшественницей была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций.

Основываясь на существующих принципах, компания Xerox построила свою собственную кабельную сеть с пропускной способностью 2,94 Мбит/с для связи 100 компьютеров. Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбит/с. Позднее эта спецификация легла в основу стандарта 802.3. Этот стандарт отличается от исходной спецификации Ethernet форматом кадров и некоторыми другими деталями, в частности он описывает несколько сред и скоростей передачи, на которые Ethernet изначально не был рассчитан. Однако название Ethernet столь прочно прижилось, что оно осталось и за официальным стандартом, и за всеми последующими его модификациями.

Стандарт 802.3 рассматривает как физический уровень (типы кабелей, соединители, кодирование сигнала и т. д.), так и канальный уровень, точнее, нижний подуровень канального уровня, определяющий метод доступа к среде передачи (Media Access Sublayer, MAC). С него мы и начнем рассмотрение Ethernet.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Метод управления доступом - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала - не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.

Разновидности ETHERNET

Среди ранних модификаций данной сетевой технологии можно выделить Xerox Ethernet, скорость которой составляла 3 Мбит/с; 10BROAD36 - один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях, в качестве среды передачи данных которой использовался коаксиальный кабель, и 1BASE5 , который стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару, работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

Среди стандартов обладающих скоростью 10 Мбит/с выделяется 10BASE5, который следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Здесь появляется первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с - StarLAN 10, которая в дальнейшем эволюционировала в стандарт 10BASE-T, в которой для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров. Также необходимо сказать о семействе 10BASE-F, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP, но так как для нас это не актуально (длина этажа 150 м и мы не используем оптоволоконный кабель), подробно мы рассматривать данную разработку не будем.

Говоря о Быстром Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с) необходимо сказать о семействе 100BASE-T- это общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда". Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников.

Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с) включает стандарт 1000BASE-T , IEEE 802.3ab, использующий витую пару категорий 5e или 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных - 250 Мбит/с по одной паре. По аналогии можно понять, что данный стандарт является эволюционированным стандартом 100BASE-T. В семейство 1000BASE-T также по аналогии входит 1000BASE-TX. Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (2 пары на передачу, 2 пары на приём, по каждой паре данные передаются со скоростью 500 Мбит/с), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN , MAN и WAN . В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3. Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.

1.3.3 Локальная сеть Token Ring

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token) .

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора . Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

1.3.4 Локальная сеть ArcNet

ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация SMC (англ. Standard Microsystems Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

· Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные только получив разрешение на передачу (маркер);

· В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

· Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В ArcNet определены 5 типов пакетов:

1. Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

2. Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

3. Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

4. Пакет АСК (англ. ACKnowledgments) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

5. Пакет NAK (англ.Negative AcKnowledgments) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: «звезда» и «шина».

Таблица 1.1.

Основные характеристики сетей по методам передачи информации

Характеристики	Методы передачи информации
	Ethernet	Token Ring
Топология	Локальная типа «шина»	Кольцевая или типа «звезда-кольцо»	Наборы сегментов типа «звезда»
Тип кабеля		Экранированная или неэкранированная витая пара	RG–62 или RG–59
Импеданс
Сопротивление терминаторов	50 Ом, ± 2 Ом	100 – 200 Ом UTP, 150 Ом TP	RG–59: 75 Ом RG–62: 93 Ом
Максимальная длина кабеля в сегменте		45 – 200 м ()	В зависимости от используемого кабеля, но в среднем:
Минимальный промежуток между соседними компьютерами			В зависимости от используемого кабеля
Максимальное количество соединенных сегментов		33 устройства MAU	Не поддерживает соединения сегментов
Максимальное количество компьютеров в сегменте		Неэкранированная витая пара: 72 рабочих станции на концентратор, при использовании экранированной витой пары – 260 рабочих станций на концентратор	В зависимости от используемого кабеля

1.3.5. Топологии сети

Топология - описание способа, при помощи которого рабочие станции и серверы физически соединяются между собой. Топологии различаются требуемой длиной соединительного кабеля, удобством соединения, возможностями подключения дополнительных абонентов, отказоустойчивостью, возможностями управления обменом (см. табл.1.2.). Топологическая структура влияет на пропускную способность и стоимость локальной сети. Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Отличительной особенностью ЛВС является наличие моноканала, т.е. единственного маршрута, связывающего любые две станции. В связи с этим при подключении устройств к сети используются три топологии.

Звездообразная сеть

"Звезда" - принципиально централизованная топология (рис.1.1), в которой всегда есть четко выделенный центральный абонент, осуществляющий все управление обменом в сети, и через который идет вся информация в сети. В этом есть свои плюсы и минусы. Любое жестко централизованное управление по своей сути бесконфликтно, но такая сеть не будет работать при любой неисправности центрального абонента. Поэтому центральный компьютер должен отличаться от остальных высокой надежностью, а, следовательно, и более высокой стоимостью. К тому же, выполнять другие задачи на центральном компьютере станет невозможно, так как он будет загружен работой с сетью.

К недостаткам топологии относится также ограниченное число абонентов, которое обычно в локальных сетях не превышает 16 пользователей. Затруднительно соединение звезд между собой. К плюсам данной конфигурации можно отнести ее малую чувствительность к выходу из строя соединительного кабеля. Разрыв кабеля в любом месте всегда нарушает связь только с одним абонентом.

Рис. 1.1. Сеть типа "звезда"

Кольцевая сеть.

"Кольцо" - последовательное соединение абонентов в замкнутое кольцо (рис. 1.2), что и определяет его особенности. Во-первых, вся передаваемая информация проходит через всех абонентов. Поэтому выход из строя любого из них нарушает работу всей сети в целом. Во-вторых, разрыв кабеля в любой точке нарушает целостность кольца и выводит из строя всю сеть. Для этого применяют дублирование кабеля. Управление может быть как централизованным, так и децентрализованным, оно не так жестко зависит от топологии, как в случае "звезды". Все адаптеры должны быть одинаковы, но иногда один из них выполняет функции диспетчера сети, тогда он значительно сложнее.

Рис. 1. 2. "Кольцевая" сеть

Эта топология допускает большое число абонентов, причем возможно изменение их количества. В кольце происходит автоматическое усиление передаваемого сигнала каждым абонентом, поэтому его размеры могут быть очень большими, и ограничены они только временем прохождения сигнала по всему кольцу.

Шинная сеть

"Шина" - ориентирована на полное равноправие всех абонентов и идентичность их адаптеров (рис.1.3). Это не означает, что управление обменом не может быть централизованным. Однако центр будет заниматься только управлением обменом, а не перераспределением информации. "Шина" может логически работать как "звезда" или "кольцо". "Шина", в отличие от других топологий, сильно зависит от электрического согласования используемых линий связи, потому что при любом повреждении кабеля возникают отражения и наложения сигналов. В таком случае нарушается работа всей сети. Однако, к выходу из строя компьютеров данная топология не чувствительна, нарушается обмен только с поврежденным компьютером, а вся остальная сеть остается в рабочем состоянии. Максимально допустимое количество абонентов в "шине" такое же, как и в "кольце". В "шине" легко менять количество подключенных абонентов, иногда даже в процессе работы. В связи со сложностью децентрализованного обмена, сложность аппаратуры в адаптерах выше, чем в других топологиях. Однако децентрализованное управление гораздо надежнее централизованного и лучше приспосабливается к изменяющимся внешним условиям.

Рис. 1.3. Сеть с общей шиной

Существуют также смешанные топологии, такие как "звезда-шина", "звезда-кольцо", которые имеют свои преимущества.

Таблица 1.2.

Сравнение топологий сетей

Параметры	Звезда	Кольцо	Шина
1. Отказоустойчивость	Выход из строя одного PC не влияет на работоспособность сети	Выход из строя одного PC может вывести из строя всю сеть	Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей
2. Количество абонентов		1024 и выше	1024 и выше
3. Изменение количества абонентов	Возможно	Требует остановки всей сети	Легко изменяется
4. Влияние на общую стоимость сети	Дополнительные затраты на центральный компьютер	Дополнительные затраты на адаптер, выполняющий функции диспетчера сети	Дешевая среда передачи
5. Возможность управления обменом	Централизован-ное	Централизованное и децентрализованное	Децентрализован-ное
6. Особенности	Мощность всей сети зависит от сервера	Количество пользователей не оказывает сильного влияния на производительность. Трудно локализовать проблемы	Оптоволоконные кабели не применя-ются. При значи-тельных объёмах трафика умень-шается пропускная способность. Трудно локализо-вать проблемы.
7. Протяженность	До нескольких десятков километров
8. Применение	В зависимости от предъявляемых требований

1.4. Выбор и обоснование проектных решений

На основании проведенного обзора следует сформировать и описать требования к сетевой технологии, топологии сети и к аппаратному обеспечению. Выше были описаны требования к прокладываемой сети, на основании которых мы будем принимать решения.

Для выбора оптимальной топологии сети необходимо учитывать следующие требования:

Обеспечение альтернативной маршрутизации, максимальной надежности передачи данных;

Выбор оптимального маршрута передачи блоков данных (минимизация числа каналов, образующих последовательности);

Предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

Сеть ArcNet нам не подходит, так как скорость передачи данных в ней достаточно мала (как и в сети Token Ring) и в любой момент времени только одна станция имеет право передавать данные, что очень неудобно.

Среди описанных требований упоминается о скорости передачи (не менее 100 Мбит/с), минимизации коллизий. Выбранная нами сетевая технология Fast Ethernet, а именно разработка семейства 100BASE-T (общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты)- 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда" (подключение рабочих станций по данному типу полностью исключает возможность коллизий). Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX,. Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников. Нас устраивает, что в качестве среды передачи мы используем витую пару. Буква T в названии означает, что средой передачи является неэкранированный кабель на основе витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии(в данном случае никакой), а также какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

Неэкранированная витая пара UTP по характеристикам полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям подходит для создания горизонтальных подсистем. Но так как она может передавать данные и голос, она используется чаще. Неэкранированная витая пара является популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) и включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Так как длина этажа НИИ составляет 150 метров, для нас это решение подходит. Категория 5е определяется стандартом EIA/TIA 568А, полоса частот 100-125 МГц. Спецификация предусматривает использование коммутатора для подключения пользователей по физической топологии "звезда". Подключение узлов к сети осуществляется с помощью модульных настенных телефонных гнезд RJ-45 и RJ-11 и четырехпарного телефонного кабеля UTP, причем соединитель RJ-45 вставляется напрямую в сетевую плату.

Технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl) включает метод доступа CSMA/CD. 802.3. Стандарт 802.3 (Ethernet Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD LANs Ethernet – множественный доступ к сетям Ethernet с проверкой несущей и обнаружением конфликтов) описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей, использующих шинную топологию и коллективный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением конфликтов

100Base-Tx – двухпарная витая пара. Использует метод MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре, а также имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта.

В активное оборудование нашей сети входит коммутатор и маршрутизатор. Коммутатор, в отличие от концентратора, устанавливает индивидуальное соединение между двумя сетевыми устройствами. Поэтому использование коммутатора снижает вероятность коллизий (столкновений данных) при работе сети, что является одним из требований к нашей сети. Кроме этого, возрастает пропускная способность сети в целом и увеличивается ее защищенность, за счет изоляции трафика между двумя рабочими станциями. Преимущества использования коммутаторов очевидны.
У большинства коммутаторов предполагается наличие 8-ми портов, у меньшинства 16 портов.

1.5. Выводы по главе

В аналитической части мы рассмотрели существующее состояние предметной области, в которой выяснили, что сеть прокладывается с нуля и в кабинетах имеются только ПК с ИБП, основные характеристики объекта проектирования - организационную структуру (матричная), число пользователей (около 200). Также провели краткий обзор компаний, предлагающих услуги по решению задачи и производителей активного оборудования. Нами были сформулированы основные цели и задачи разработки проекта, требования к проектируемой сети:

Создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

Сокращение времени принятия управленческих решений;

Повышение степени достоверности обработки информации, степени её защищённости;

Компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации;

Повышение надёжности функционирования всех отделов НИИ;

Совместное использование периферийных устройств, включая принтеры, плоттеры, дисковые накопители, приводы CD-ROM, дисководы, стримеры, сканеры, факс-модемы.

Основными требованиями являются: минимальное количество сбоев, коллизий, оптимальная скорость передачи данных, высокая пропускная способность сети, универсальность, гибкость, масштабируемость.

В данной части курсового проекта был произведен краткий обзор наиболее известных сетевых технологий - Ethernet, ArcNet, Token Ring, анализ которых дает возможность сделать однозначный выбор в пользу одной из технологий- Fast Ethernet. На основании этого описаны требования к сетевой технологии, топологии сети и к аппаратному обеспечению.

Глава 2. «Проектная часть»

2.1. Топология сети

Рассмотрев всевозможные варианты топологии прокладки сети, выяснилось, что наиболее оптимальным является использование топологии «звезда». Выбор данной топологии обосновывается тем, что «звезда» является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой, невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

В основу любой полномасштабной структурированной системы положена выбранная нами топология «Звезда», которую иначе называют древовидной. Функции узлов структуры звезды выполняет коммутационное оборудование различного типа, которое может иметь две основные разновидности: индивидуальные информационные розетки, эксплуатируемые пользователями кабельной системы, и панели различных видов, образующие групповое коммутационное поле, с которыми работает обслуживающий персонал. Коммутационное оборудование соединяется между собой электрическими и волоконно-оптическими кабелями различных видов. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационные панели, на которых с помощью шнуров осуществляются все подключения и переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Все это в сочетании с использованной древовидной топологии в части, касающейся СКС, обеспечивает гибкость и надежность СКС, а также возможность легкой переконфигурации и адаптирумость системы.

Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. При добавлении новых устройств "звезда" также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 и 1000 Мб - ые сети строятся по топологии "Звезда".

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Для удобства можно разделить нашу горизонтальную систему на две подсистемы-с топологией в кабинетах и топологией на этаже. В кабинетах топология «звезда» определяется непосредственным подключением рабочих станций к активному сетевому оборудованию (коммутатору). В этом случае любой разрыв соединения сети от рабочей станции до коммутатора не повлияют на работоспособность сети в целом. В этом состоит огромное преимущество данной топологии. На этаже происходит распределение кабеля между комнатами, в случае обрыва соединения с одной работоспособность всей сети в целом не нарушается. Объединение в сеть осуществляется при помощи маршрутизатора и кросс-панели.

2.2 Аппаратные средства реализации

Основными аппаратными компонентами данной сети являются следующие:

1. Абонентские системы:

Компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);

Принтеры;

Сканеры и др.

2. Сетевое оборудование:

Сетевые адаптеры;

Коммутаторы;

Маршрутизатор.

3. Коммуникационные каналы:

Разъемы;

Устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Одним из эффективных способов повышения технико-экономической эффективности кабельных систем офисных зданий является минимизация типов кабелей, применяемых для их построения. В скс согласно международному стандарту ISO/IES 11801 допускается использование только:

Симметричных электрических кабелей на основе витой пары с волновым сопротивлением 100,120,150 Ом в экранированном и неэкранированном исполнении;

Одномодовых и многомодовых оптических кабелей.

В нашем курсовом проекте будет использоваться неэкранированный кабель витая пара категории 5е, а именно производитель LanMaster код LAN-5EUTP-xx-кабель UTP, 4x2, кат 5E, 200Mhz, PVC.

Электрические кабели из витых пар используются в первую очередь для создания горизонтальной проводки, что и требуется в нашем случае. По ним передаются как телефонные сигналы и низкоскоростная дискретная информация, так и данные высокоскоростных приложений. Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара , которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам. Кроме того, они не требуют дорогостоящего контура заземления для эксплуатации в нормальном режиме, как экранированные. Неэкранированные кабели идеально подходят для прокладки в помещениях внутри офисов, в то время как экранированные лучше использовать для установки в местах с особыми условиями эксплуатации, например, рядом с очень сильными источниками электромагнитных излучений, которых в офисах обычно нет.

Кабели классифицируются по категории, указанным в таблице 2.1. Основанием для отнесения кабеля к одной из категорий служит максимальная частота передаваемого по нему сигнала.

Таблица 2.1

Классификация кабелей

Категория указывает на значение максимальной скорости передачи данных. Чем выше категория, тем выше скорость передачи. В настоящее время используются кабели категории 5 и выше, способные передавать данные со скоростью не ниже 100Мбит/с. Кабели категории 5е и 6 способны передавать данные со скоростью до 1Гбит/с, а кабели категории 6А и 7 – до 10Гбит/с. Применение кабеля Cat5e адекватно возможностям сетевого оборудования, однако переход на новые стандарты, например IEEE 802.3an, потребует реконструкции всей сети и замены устаревшего кабеля более производительным. Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5е имеют следующие значения:

· полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом);

· величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;

· затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);

· активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;

· емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100 м.

Линии электрической связи скс должны быть собраны из кабелей и других компонентов с характеристиками не хуже той категории, на которую они рассчитаны в отношении до категории 5е включительно, которая выбрана нами: тракт передачи информации скс, собранный из компонентов определенной категории, поддерживает работу всех приложений своего и более низкого класса.

К характеристикам кабеля с соответствием используемой в данном курсовом проекте технологией Ethernet 100Base-TX можно отнести:

Диаметр проводников 0.4 – 0.6 мм (22~26 AWG), 4 скрученных пары (8 проводников, из которых для 10Base-T и 100Base-TX используются только 4). Кабель должен иметь категорию 3 или 5 и качество data grade или выше;

Максимальная длина сегмента 100 м;

Разъемы восьми контактные RJ-45.

Стандартизация именно этого значения максимальной длины сегмента произведена исходя из возможности витой пары как направляющей системы электромагнитных колебаний передавать сигналы наиболее массовых(на момент принятия стандартов) высокоскоростных приложений типа Fast Ethernet. Учитывались достигнутый технический уровень элементной базы и применяемые схемотехнические решения приемопередатчиков современного сетевого оборудования.

Витая пара оканчивается специальным восьмиконечным разъемом RJ-45(рисунок 2.1.).Для разведения проводов в разъемах и розетках RJ-45 существует два стандарта: T568A и T568B. Стандарт T568A предназначен для использования в системах передачи голоса, а T568B - для передачи данных. Хотя каждый из них способен работать как с голосом, так и с данными, лучше придерживаться соответствия стандартам.

Рис.2.1. Разъем RJ-45

В данной горизонтальной подсистеме прокладка кабельных каналов будет осуществляться за подвесным потолком при помощи лотков. Кроме изделий канального типа в процессе прокладки горизонтального кабеля для формирования кабельных трасс находят применение элементы поддержки и точечной фиксации. Общей чертой данных компонентов является то, что они удерживают кабель в определенном положении не по всей длине, а только на очень ограниченном участке. Главный отличительный признак этих элементов состоит в том, что элемент поддержки не препятствует перемещению кабеля или даже их пучка в горизонтальном положении, а элемент фиксации удерживает кабель от таких перемещений за счет плотного охвата крепежным хомутом.

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов. Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) (рис.2.2) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети - компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС - уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.

Рис.2.2. Сетевой адаптер

Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960.

Последние типы сетевых адаптеров поддерживают технологию Plug and Play (вставляй и работай) . Если сетевую карту установить в компьютер, то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит для него драйверы.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

· скорость передачи;

· объем буфера для пакета;

· тип шины;

· быстродействие шины;

· совместимость с различными микропроцессорами;

· использованием прямого доступа к памяти (DMA);

· адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

· конструкция разъема.

При проектировании скс в НИИ будет использован сетевой адаптер кампании D-link марки DGE-530T с портом Ethernet 10/100/1000 Мбит/c, интерфейс PCI с поддержкой WakeOnLAN.

Сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью, коммутаторов(рис.2.3) и маршрутизаторов.

Коммутатор (switching hub)(в данном случае D-link DGS-1016Dи D-link DGS-1008D, 16 и 8 портовый Ethernet 10/100/1000 Мбит/сек, размер таблицы MAC адресов 8192, объем оперативной памяти 512 и 102.40 Кб соответственно, поддержка стандартов Auto MDI/MDIX, внутренняя пропускная способность 32 Гбит/сек) делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат. Коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами, то есть передает кадры параллельно.

Рис.2.3. Внешний вид коммутаторов

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов - по топологии связей, а также ряд других, - привели к тому, что в ряду коммуникационных устройств появился еще один тип оборудования - маршрутизатор (router). Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).

Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных.

2.3 Разработка схемы организации связи

При проектировании СКС на этаже здания НИИ мы постарались выбрать оптимальное положение серверной комнаты. Она расположена примерно в середине коридора. От серверной мы прокладываем по потолку два пучка кабеля, один в начало коридора, другой в конец. Затем кабели начинают разветвляться на четные и нечетные кабинеты. Общая длина кабеля проложенного от коммутационного шкафа в серверной и до коммутаторов в кабинетах составляет 1156,75 м.

Длина части подходящего к нечетным кабинетам составляет 448 м. Эта часть состоит из 10 сегментов:

Таблица 2.2

Длина второй части первого пучка подходящего к четным кабинетам составляет 191,54 м. И состоит из 4 сегментов:

Таблица 2.3

Второй пучок кабелей направленный в конец коридора так же разветвляется на четные и нечетные кабинеты. Длина части подходящей к нечетным кабинетам составляет 284,86 м. И состоит из 8 сегментов:

Другая часть пучка, направленная к четным кабинетам, имеет общую длину равную 232,35 м. И состоит из 5 сегментов:

1. Кабинет 201, в котором находится 5 компьютеров. Общая длина сегментов сети составляет 55,19 м. В этом кабинете расположено 5 розеток класса RJ-45 и 8 портовый коммутатор.

2. Кабинеты 203, 205, 207, 209, 211, 213, 215, 217, 219, 223, 225, 227, 229, 231, 233, 235, 237 имеют идентичную планировку, соответственно и расположение компьютеров в этих кабинетах будет одинаковое. Общая длина кабеля проложенного в кабинетах будет составлять 887,23 м. В этих комнатах будет расположено по 5 розеток класса RJ-45 и по одному 8 портовому коммутатору. Изначально в этих кабинетах стояло по 4 компьютера, но мы, предусматривая возможное расширение персонала в дальнейшем, оборудовали по одному дополнительному рабочему месту. Ниже приведем длины сегментов на примере 203 кабинета:

3. В 239 кабинете расположен технический кабинет. В данную комнату проложение сети не требуется.

4. 202-й кабинет состоит из двух комнат – 202а и 202б. В этих комнатах расположено 9 компьютеров, соответственно 9 розеток класса RG-45 и 16 портовый коммутатор с возможностью расширения сети в дальнейшем. Общая длина сегментов сети в этих комнатах будет составлять 139,65 м.

5. Кабинеты 204, 206, 212, 218 имеют идентичную планировку, соответственно и расположение компьютеров в этих кабинетах будет одинаковое. Общая длина кабеля проложенного в кабинетах будет составлять 199,12 м. В этих комнатах будет расположено по 5 розеток класса RJ-45 и по одному 8 портовому коммутатору. Ниже приведем длины сегментов на примере 204 кабинета:

6. В 208 кабинете расположен малый зал для проведения конференций. Данная комната оснащена оргтехникой, но проложение сети не требуется.

7. В 210 кабинете расположен большой зал для проведения конференций. Он так же оснащен оргтехникой, но в проложении сети нет необходимости.

8. 214 и 220 кабинеты идентичны по своей планировки и оба имеют отдельные комнаты для проведения лабораторных работ. В этих комнатах нет компьютеров. В дальнейшем в эти комнаты возможно будет организовать по 3 рабочих места за счет 8 портового коммутатора, расположенного в самом кабинете. Помимо коммутатора в кабинете расположены 5 розеток класса RG-45. Общая длина сегментов сети в этих кабинетах будет составлять 98,86 м. Ниже приведем длины сегментов на примере 214 кабинета.

9. В 216 кабинете расположена столовая для персонала. Проложение сети в данную комнату не требуется.

10. 222 кабинет состоит из двух комнат – 222а и 222б. В этих комнатах расположено 9 компьютеров, соответственно 9 розеток класса RG-45 и 16 портовый коммутатор с возможностью расширения сети в дальнейшем. Общая длина сегментов сети в этих комнатах будет составлять 139,89 м.

11. 224 кабинет оснащен 8 портовым коммутатором, что позволит нарастить сеть в будущем, и 5-ю розетками класса RG-45. Общая длина сегментов в этом кабинете составляет 50,43 м.

Общая длина кабеля в кабинетах от коммутатора и до розетки каждого рабочего места составляет 1570,37 м. Общая длина кабеля проложенного в НИИ составляет 2778,12 м.

Необходимо помнить, что от розетки до персонального компьютера необходим 1,5 метровый кабель. Т.к. у нам необходимо подключить в сеть 128 (включая в серверной) нам необходимо дополнительных 192 м.

Таблица 2.5

Длина соединительных линий и сегментов

Пункт	Номера рабочих станций	Длина сегмента, м
	202а_1, 204_1, 214а_1, 222а_1, 224_1
	202а_2, 204_2, 214а_2, 222а_2, 224_2
	202а_3, 204_3, 214а_3, 222а_3, 224_3
	204_4, 214а_4, 222а_4
	204_5, 214а_5, 222а_5
		Зачастую именно неквалифицированные или ошибочные действия персонала становятся причиной возникновения неполадок в кабельной системе, что может привести к сбою в сети и потере ее работоспособности. Как правило, подобное происходит в следующих случаях. · Неправильное ведение документации в процессе эксплуатации СКС; · Неправильные действия персонала при проведении коммутаций; · Неправильная организация кабельной проводки. Несанкционированный доступ Серверная комната с точки зрения доступа к информации одно из самых незащищенных мест СКС. В случае использования системы коммутационных шнуров для коммутации линий связи на коммутационных панелях злоумышленник может мгновенно изменить порядок соединений, либо подключить в разрыв устройство считывания/записи информации, т. е. легко разорвать соединение любого пользователя с сетью передачи данных и речи или перехватить и записать весь информационный обмен, оставаясь при этом незамеченным. Нужно отметить, что для этого злоумышленнику вовсе не обязательно иметь какие-либо сложные приборы. На рынке СКС предлагается множество решений, призванных в той или иной мере решить описанные проблемы, но в основной своей массе они не дают главного - интеграции кабельной инфраструктуры с системой управления в реальном масштабе времени. Подобная система обеспечивает оперативное получение информации о состоянии соединений в коммутационных узлах, сообщает на станцию управления сетью обо всех случайных или преднамеренных изменениях в структуре СКС, а также помогает администратору планировать и осуществлять ее реконфигурацию. Легче всего обеспечить защиту данных от самых разных неприятностей в случае сети с выделенным файловым сервером. На сервере сосредоточены все наиболее важные файлы, а уберечь одну машину куда проще, чем десять. Концентрированность данных облегчает и резервирование, так как не требуется их собирать по всей сети. При решении проблемы управления доступом к оборудованию мы пришли к выводу, что самыми надежными будут такие меры как: Создание минимум 2-х групп пользователей (администратор, научный работник); Паролирование; Идентификация; Контроль за действиями пользователей. При создании групп пользователей мы можем четко разделить их права и обязанности, так как права администратора, являются той, неотъемлемой стадией зашиты информации на местах. Процесс паролирования позволит закрепить эту структуру состоящую из групп пользователей и предотвращения несанкционированного доступа к ресурсам сети и его оборудованию. Идентификация необходима для того, чтобы при подключении нового оборудования или подключения ноутбуков к сети, они получали только доступ к общедоступным файлам на сервере. Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым относятся и вычислительные сети, являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами. Важно различать несколько аспектов надежности. Для технических устройств используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут находиться только в двух состояниях - работоспособном или неработоспособном. Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме состояний работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик. Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие. Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого, должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных, например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность. Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными узлами, то одной из характерных характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета (по любой из причин - из-за переполнения буфера маршрутизатора, из-за несовпадения контрольной суммы, из-за отсутствия работоспособного пути к узлу назначения и т. д.), вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным. Еще одной характеристикой надежности является отказоустойчивость (fault tolerance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах, то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову. Так, при отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять свои функции. Надежность и устойчивость функционирования активного оборудования в основном зависит из-за выбора всего «комплекта» оборудования. Это связано с тем, что при выборе кабелей от разных производителей, в работе сети будет большое число сбоев, шумов или обрывов. Так как даже кабеля одинаковой категории в данном случае 5е, у каждого производителя свой диаметр центральных жил. И при выборе активного оборудования так же рекомендуется придерживаться одного производителя Таким образом, при выполнении ряда административно-технических мероприятий администраторами сети и клиентами может быть обеспечена высокая степень защиты от несанкционированного доступа. Однако следует понять, что никакие средства защиты не смогут защитить от внутреннего пользователя, обладающего законными правами доступа и который может просто вынести информацию на дискете или в бумажном виде. 2.5 Выводы по главе В данной главе были описаны решения, принятые в соответствии с поставленной целью и сформулированными задачами курсового проекта. Так, на их основании была выбрана топология звезда как самый быстродействующий, удобный и надежный вариант построения нашей сети. Также был описаны аппаратные средства реализации и обоснование выбора именно такого оборудования. Выяснилось, что наша сеть состоит из коммутаторов и маршрутизатора, в качестве коммутации используется неэкранированный кабель категории 5е с разъемом RJ-45. Был произведен расчет соединительных линий и сегментов, используемых для подключения абонентов сети, подробно описана схема организации связи, представленная в приложении. В последнем подразделе представлена информация об обеспечении безопасности сети и данных. Можно сказать, что проектная часть по сути является решением проблематики, изложенной в аналитической части с использование сетевых технологий. Глава 3. «Сметная документация» Наименование Единица измерения Кол-во Цена за единицу (руб.) Всего (руб.) Пассивное сетевое оборудование Горизонтальная подсистема Кабель UTP 4 пары, кат. 5E, solid, 24AWG Коннектор RJ-45 Короб, 32x16мм Угол внутренний, 32x16мм Заглушка торцевая, 32х16мм Лоток проволочный, 50х30мм Коммутационное оборудование ProLine шкаф настенно-напольный, 19", 12U, 600х560х604мм Коммутационные шнуры LanMaster Комм шнур, UTP, кат 5e, PVC, 1м., серый Монтажное оборудование Винт с шайбой и гайкой Вспомогательные материалы Стяжка нейлон. неоткрыв. 200 мм, 100 шт. D-Link DMC-920, 100Base-TX<->100Base-FX D-Link DFE-520TX Итого за оборудование без НДС Итого за оборудование с НДС 3.2. Смета на выполнение работ Наименование Технико-экономичкские показатели Общая сметная стоимость в руб . Ед. изм. Кол-во Стоимость ед. изм. руб. Монтажные работы Прокладка кабеля Трассировка кабеля за 1 м (размотка бобины, маркировка, замеры длины, растяжка, нарезка) Укладка кабеля в короба (1м) Монтаж розеток Монтаж кроссов Монтаж маршрутизаторов в шкаф (стойку) Кроссирование маршрутизаторов (обжим, разделка кабеля, жгутирование) - 1порт Монтаж кабельных трасс Крепление тонких коробов (< 60 мм) на бетонные и кирпичные стены (1м) Итого за монтажные работы Итого за монтажные работы с НДС 3.3. Сводный сметный расчет Наименование сметных расчетов и смет Наименование работ и затрат Сметная стоимость тыс. руб. Оборудование Монтажные работы ИТОГО (без НДС) Заключение При обширном пакете предлагаемых сетевых технологий для организации сети для каждого найдется именно та технология, которая станет не заменимой в данном случае. Мы провели тщательный анализ предметной области и предлагаемых на рынке решений, выбрали самый оптимальный вариант, при котором качество работы сети отражают следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость. Рассматривая каталоги предлагаемой сетевой продукции интересующих нас компаний, мы определили модели активного и пассивного оборудования, которые использованы при создании скс. На основании этих данных была составлена подробная смета на оборудование и его монтаж и выведен общий результат по стоимости сети. В проекте проанализировалась научная литература, которая помогла сделать четкий выбор в пользу технологии Ethernet и топологии «звезда», которые являются лучшими из представленных вариантов для данной сети. При разработке проекта было использовано программное средство: «Microsoft Visio 2003»– для построения чертежа этажа НИИ. Список литературы 1. Жеретинцева Н. Н. Курс лекций по компьютерным сетям. - Владивосток, 2000 год. - 81с. 2. Кульгин М.В. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2003год.: 462с.: ил. 3. Кульгин М.В. Коммутация и маршрутизация IP/IPX трафика. - М.: АйТи, 1998 год. 4. Нанс Б. Компьютерные сети. – М.: БИНОМ, 1996 год. 5. Олифер В.Г. Компьютерные сети: html учебник. 6. Семенов А.Б. Проектирование и расчет скс и их компонентов. - М.: ДМК-издательство, 2003 год. - 410с. 7. http://www.d-link.ru/products/ 8. http://www.ecolan.ru/imp_info/introduction/ 9. http://www.lanmaster.ru/catalog/ W–W – от рабочей станции к рабочей станции, A–A – от активного концентратора к активному концентратору, P–W – от пассивного концентратора к рабочей станции, P–A – от пассивного концентратора к активному концентратору.

Тема 1.3: Открытые системы и модель OSІ

Тема 1.4: Основы локальных сетей

Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей

Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС

Локальные сети

1.5. Базовые технологии или сетевые технологии локальных сетей

1.5.3. Сетевые технологии локальных сетей

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.3/Ethernet

В настоящее время эта сетевая технология наиболее популярна в мире. Популярность обеспечивается простыми, надежными и недорогими технологиями. В классической локальной сети Ethernet применяется стандартный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий).

Однако все большее распространение получила версия Ethernet, использующая в качестве среды передачи витые пары, так как монтаж и обслуживание их гораздо проще. В локальных сетях Ethernet применяются топологии типа “шина” и типа “пассивная звезда”, а метод доступа CSMA/CD.

Стандарт IEEE802.3 в зависимости от типа среды передачи данных имеет модификации:

1. 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 500м.
2. 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - обеспечивает скорость передачи данных 10 Мбит/с и длину сегмента до 200м.
3. 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м. Общее количество узлов не должно превышать 1024.
4. 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

В развитие сетевой технологии Ethernet созданы высокоскоростные варианты: IEEE802.3u/Fast Ethernet и IEEE802.3z/Gigabit Ethernet. Основная топология, которая используется в локальных сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, пассивная звезда.

Сетевая технология Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100 Мбит/с и имеет три модификации:

1. 100BASE-T4 - используется неэкранированная витая пара (счетверенная витая пара). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м.
2. 100BASE-TX - используются две витые пары (неэкранированная и экранированная). Расстояние от концентратора до конечного узла до 100м.
3. 100BASE-FX - используется оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

Сетевая технология локальных сетей Gigabit Ethernet – обеспечивает скорость передачи 1000 Мбит/с.

Существуют следующие модификации стандарта:

1. 1000BASE-SX – применяется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.
2. 1000BASE-LX – используется оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.
3. 1000BASE-CX – используется экранированная витая пара.
4. 1000BASE-T – применяется счетверенная неэкранированная витая пара.

Локальные сети Fast Ethernet и Gigabit Ethernet совместимы с локальными сетями, выполненными по технологии (стандарту) Ethernet, поэтому легко и просто соединять сегменты Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet в единую вычислительную сеть.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.5/Token-Ring

Сеть Token-Ring предполагает использование разделяемой среды передачи данных, которая образуется объединением всех узлов в кольцо.

Сеть Token-Ring имеет звездно-кольцевую топологию (основная кольцевая и звездная дополнительная топология). Для доступа к среде передачи данных используется маркерный метод (детерминированный маркерный метод).

Стандарт поддерживает витую пару (экранированную и неэкранированную) и оптоволоконный кабель. Максимальное число узлов на кольце - 260, максимальная длина кольца - 4000 м. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с.

Сетевые технологии локальных сетей IEEE802.4/ArcNet

В качестве топологии локальная сеть ArcNet использует “шину” и “пассивную звезду”. Поддерживает экранированную и неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель.

В сети ArcNet для доступа к среде передачи данных используется метод передачи полномочий. Локальная сеть ArcNet - это одна из старейших сетей и пользовалась большой популярностью. Среди основных достоинств локальной сети ArcNet можно назвать высокую надежность, низкую стоимость адаптеров и гибкость.

Основным недостаткам сети является низкая скорость передачи информации (2,5 Мбит/с). Максимальное количество абонентов - 255. Максимальная длина сети - 6000 метров.

Сетевые технологии локальных сети FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI– стандартизованная спецификация для сетевой архитектуры высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи – 100 Мбит/с. Эта технология во многом базируется на архитектуре Token-Ring и используется детерминированный маркерный доступ к среде передачи данных.

Максимальная протяженность кольца сети – 100 км. Максимальное количество абонентов сети – 500. Сеть FDDI - это очень высоконадежная сеть, которая создается на основе двух оптоволоконных колец, образующих основной и резервный пути передачи данных между узлами.

Контрольно-курсовая работа

по Информационным системам в экономике на тему №69:

«Сетевые технологии Ethernet, Token Ring, FDDI и Х.25»

Выполнил: студент гр. 720753 Авдеева Д.М.

Проверил: доцент, к.э.н. Огнянович А.В.

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Понятие сетевых технологий……………………………………………...5

2. Технология Ethernet………………………………………………………..7

3. Технология Token Ring…………………………………………………...12

4. Технология FDDI………………………………………………………….15

5. Протокол Х.25…………………………………………………………….19

Заключение……………………………………………………………………….22

Список источников и литературы………………………………………………23

Введение

Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации - компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Основными технологиями локальных сетей остаются Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast и Gigabit Ethernet, Token Ring и FDDI - это функционально намного более сложные технологии, чем Ethernet на разделяемой среде. Разработчики этих технологий стремились наделить сеть на разделяемой среде многими положительными качествами: сделать механизм разделения среды предсказуемым и управляемым, обеспечить отказоустойчивость сети, организовать приоритетное обслуживание для чувствительного к задержкам трафика, например голосового. Во многом их усилия оправдались, и сети FDDI довольно долгое время успешно использовались как магистрали сетей масштаба кампуса, в особенности в тех случаях, когда нужно было обеспечить высокую надежность магистрали.

Token Ring является главным примером сетей с передачей маркера. Сети с передачей маркера перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркером. Владение этим маркером гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркер, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркер к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркер в течение определенного максимального времени.

Благодаря более высокой, чем в сетях Ethernet, скорости, детерминированности распределения пропускной способности сети между узлами, а также лучших эксплуатационных характеристик (обнаружение и изоляция неисправностей), сети Token Ring были предпочтительным выбором для таких чувствительных к подобным показателям приложений, как банковские системы и системы управления предприятием.

Технологию FDDI можно считать усовершенствованным вариантом Token Ring, так как в ней, как и в Token Ring, используется метод доступа к среде, основанный на передаче токена, а также кольцевая топология связей, но вместе с тем FDDI работает на более высокой скорости и имеет более совершенный механизм отказоустойчивости.

В стандартах FDDI много внимания отводится различным процедурам, которые позволяют определить факт наличия отказа в сети, а затем произвести необходимое реконфигурирование. Технология FDDI расширяет механизмы обнаружения отказов технологии Token Ring за счет резервных связей, которые предоставляет второе кольцо.

Актуальность данной работы обусловлена важностью изучения технологий локальных компьютерных систем.

Целью работы является изучение характеристик сети Token Ring, Ethernet, FDDI и Х.25.

Для достижения данной цели в работе были поставлены следующие задачи:

Изучить понятия основных сетевых технологий;

Выявить специфику применения технологий;

Рассмотреть преимущества и недостатки Ethernet, Token Ring, FDDI и Х.25;

Проанализировать виды сетевых технологий.

Понятие сетевых технологий

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей.

Сетевая технология – это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей.

Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token Ring, FDDI и Х.25.

Развитие компьютерных сетей началось с решение более простой задачи – доступ к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы в этом случае соединялись с компьютером через телефонные сети с помощью специальных устройств модемов. Следующим этапом в развитии компьютерных сетей стали соединения через модем не только «терминал – компьютер», но и «компьютер – компьютер». Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что является базовым механизмом любой компьютерной сети. Тогда впервые появились в сети возможности обмена файлами, синхронизация баз данных, использования электронной почты, т.е. те службы, являющимися в настоящее время традиционными сетевыми сервисами. Такие компьютерные сети получили название глобальных компьютерных сетей.

По своей сущности компьютерная сети является совокупностью компьютеров и сетевого оборудования, соединенных каналами связи. Поскольку компьютеры и сетевое оборудование могут быть разных производителей, то возникает проблема их совместимости. Без принятия всеми производителя общепринятых правил построения оборудования создание компьютерной сети было бы невозможно.

Для обычного пользователя сеть, это провод или несколько проводов, с помощью которых компьютер соединяется с другим компьютером или модемом, для выхода в интернет, но на самом деле все не так уж и просто. Возьмем самый обычный провод с разъемом RJ-45 (такие применяются почти везде в проводных сетях) и соединим два компьютера, в данном соединении использоваться будет Ethernet 802.3 протокол, позволяющий передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Стандарт этот, как впрочем и многие другие, именно стандарт, то есть во всем мире применяется один набор инструкций и путаницы не происходит, информация передается от отправителя к адресату.

Передача информации по кабелю, как некоторые знают, осуществляется потоком битов, которые есть ничто иное, как отсутствие или прием сигнала. Биты, или нолики и единицы, интерпретируются специальными устройствами в компьютерах в удобный вид и мы видим на экране картинку или текст, а возможно даже и фильм. Чтобы вручную передать даже маленький кусочек текстовой информации посредством компьютерных сетей, человеку потребовалось бы очень много времени, а вычисления бы растянулись бы на огромные стопки бумаг. Чтобы такого не происходило, люди и придумали все эти протоколы и средства связи компьютеров в единое целое.

Технология Ethernet

Ethernet – это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локаль­ных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в на­стоящее время, оценивается в несколько миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались раз­личные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коак­сиального кабеля. Эту последнюю версию фирменного стандарта Ethernet назы­вают стандартом Ethernet DIX, или Ethernet П.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, кото­рый во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые разли­чия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 функции протоко­ла разделены на уровни MAC и LLC, в оригинальном стандарте Ethernet они объединены в единый канальный уровень. В Ethernet DIX определяется про­токол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), ко­торый отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают.

Часто для того, чтобы отличить стандарт Ethernet, определенный IEEE, и фир­менный стандарт Ethernet DIX, первый называют технологией 802.3, а за фирменным стандартом оставляют название Ethernet без дополнительных обозначений. В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T, 10Base-FL, lOBase-FB. В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту 802.3 - разделом 802.3b. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet описан в разделе 802.3z основного документа.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код. В более скоростных версиях Ethernet приме­няются более эффективные в отношении полосы пропускания избыточные логи­ческие коды. Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD. Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению наибо­лее важных проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сете­вой технологии - Ethernet.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реа­лизующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно по­строить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стан­дарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникацион­ных устройств - маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами техноло­гии Ethernet, которая составляет базис сети.

Термин «сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набо­ра средств и правил для построения сети, например «технология сквозной мар­шрутизации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей». Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разра­ботчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимо­действия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сете­вых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей, как Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммута­торы, кабельную систему и т. п., - и соединить их в соответствии с требования­ми стандарта на данную технологию.

Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использо­ваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного досту­па к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета). В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Ком­пьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структу­рой «общая шина». С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами – сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а более точно, каждый сетевой адаптер, имеет уни­кальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта вели­чина является пропускной способностью сети Ethernet.

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. По­этому важной частью технологии Ethernet является процедура определения дос­тупности среды. После того как компьютер убеждается, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду.

Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя. Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду пере­дачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр поме­щается во внутренний буфер сетевого адаптера.

Таким образом компьютер-адре­сат получает предназначенные ему данные. Иногда может возникать ситуация, когда одновременно два или более компью­тера решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая си­туация, называемая коллизией, препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обра­ботки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивно­сти сетевого трафика. После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, которые пытались передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию.

Главным достоинством сетей Ethernet, благодаря которому они стали такими по­пулярными, является их экономичность. Для построения сети достаточно иметь по одному сетевому адаптеру для каждого компьютера плюс один физический сегмент коаксиального кабеля нужной длины. Другие базовые технологии, на­пример Token Ring, для создания даже небольшой сети требуют наличия допол­нительного устройства - концентратора. Кроме того, в сетях Ethernet реализованы достаточно простые алгоритмы досту­па к среде, адресации и передачи данных. Простая логика работы сети ведет к упрощению и, соответственно, удешевлению сетевых адаптеров и их драйверов. По той же причине адаптеры сети Ethernet обладают высокой надежностью.

И, наконец, еще одним замечательным свойством сетей Ethernet является их хо­рошая расширяемость, то есть легкость подключения новых узлов. Другие базовые сетевые технологии - Token Ring, FDDI, - хотя и обладают многими индивидуальными чертами, в то же время имеют много общих свойств с Ethernet. В первую очередь - это применение регулярных фиксированных то­пологий (иерархическая звезда и кольцо), а также разделяемых сред передачи данных. Существенные отличия одной технологии от другой связаны с особен­ностями используемого метода доступа к разделяемой среде. Так, отличия тех­нологии Ethernet от технологии Token Ring во многом определяются специфи­кой заложенных в них методов разделения среды – случайного алгоритма доступа в Ethernet и метода доступа путем передачи маркера в Token Ring.

Технология Token Ring

Token Ring - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркерным доступом» - протокол локальной сети, который находится на канальном уровне (DLL) модели OSI. Он использует специальный трехбайтовый фрейм, названный маркером, который перемещается вокруг кольца. Владение маркером предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркерным доступом перемещаются в цикле.

Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token Ring логически организованы в кольцевой топологии с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркера совместно использован ARCNET, маркерной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

Изначально технология была разработана компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей.

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Если у станции, владеющей маркером, имеется информации для передачи, она захватывает маркер, изменяет у него один бит (в результате чего маркер превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркер в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркера» - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркера, то новый маркер может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркера являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах. Применяется как более дешевая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надежная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надежности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с.

Технология FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface – первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель.

Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию, предпринимались давно – еще в 1880 году Александр Белл запатентовал устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего отраженный свет.

В 1960-е годы появились оптические волокна, которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому как медные провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть использованы как альтернатива медным жилам.

В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий и устройств для использования оптоволоконных каналов в локальных сетях. Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном Институте по Стандартизации – ANSI, в рамках созданного для этой цели комитета X3T9.5.

Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое оборудование – сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы, поддерживающие этот стандарт.

В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией, стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что оборудование различных производителей показывает хорошую степень совместимости.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

· повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с;

· повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода – повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т.п.;

· максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.

Использование двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru – «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов. При множественных отказах сеть распадается на несколько не связанных сетей.

Каждая станция в сети постоянно принимает передаваемые ей предшествующим соседом кадры и анализирует их адрес назначения. Если адрес назначения не совпадает с ее собственным, то она транслирует кадр своему последующему соседу. Этот случай приведен на рисунке. Нужно отметить, что, если станция захватила токен и передает свои собственные кадры, то на протяжении этого периода времени она не транслирует приходящие кадры, а удаляет их из сети.

Если же адрес кадра совпадает с адресом станции, то она копирует кадр в свой внутренний буфер, проверяет его корректность (в основном по контрольной сумме), передает его поле данных для последующей обработки протоколу лежащего выше над FDDI уровня (например, IP), а затем передает исходный кадр по сети последующей станции. В передаваемом в сеть кадре станция назначения отмечает три признака: распознавания адреса, копирования кадра и отсутствия или наличия в нем ошибок.

После этого кадр продолжает путешествовать по сети, транслируясь каждым узлом. Станция, являющаяся источником кадра для сети, ответственна за то, чтобы удалить кадр из сети, после того, как он, совершив полный оборот, вновь дойдет до нее. При этом исходная станция проверяет признаки кадра, дошел ли он до станции назначения и не был ли при этом поврежден. Процесс восстановления информационных кадров не входит в обязанности протокола FDDI, этим должны заниматься протоколы более высоких уровней.

Протокол Х.25

X.25 - семейство протоколов сетевого уровня сетевой модели OSI. Предназначалось для организации WAN на основе телефонных сетей с линиями с достаточно высокой частотой ошибок, поэтому содержит развитые механизмы коррекции ошибок. Ориентирован на работу с установлением соединений. Исторически является предшественником протокола Frame Relay.

X.25 обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuits, PVC и Switched Virtual Circuits, SVC) в одной линии связи, идентифицируемых в X.25-сети по идентификаторам подключения к соединению (идентификаторы логического канала (Logical Channel Identifyer, LCI) или номера логического канала (Logical Channel Number, LCN).

Благодаря надёжности протокола и его работе поверх телефонных сетей общего пользования X.25 широко использовался как в корпоративных сетях, так и во всемирных специализированных сетях предоставления услуг, таких как SWIFT (банковская платёжная система) и SITA (фр. Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques - система информационного обслуживания воздушного транспорта), однако в настоящее время X.25 вытесняется другими технологиями канального уровня (Frame Relay, ISDN, ATM) и протоколом IP, оставаясь, однако, достаточно распространённым в странах и территориях с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой.

Разработан Study Group VII Международного союза электросвязи (ITU) в качестве пакетного протокола передачи данных в телефонных сетях принят в 1976 г. и стал основой всемирной системы PSPDN (англ. Packet-Switched Public Data Networks), то есть WAN. Существенные дополнения к протоколу были приняты в 1984 г., в настоящее время действует стандарт ISO 8208 протокола X.25, стандартизовано также и применение X.25 в локальных сетях (стандарт ISO 8881).

Х.25 определяет характеристики телефонной сети для передачи данных. Чтобы начать связь, один компьютер обращается к другому с запросом о сеансе связи. Вызванный компьютер может принять или отклонить связь. Если вызов принят, то обе системы могут начать передачу информации с полным дублированием. Любая сторона может в любой момент прекратить связь.

Спецификация Х.25 определяет двухточечное взаимодействие между терминальным оборудованием (DTE) и оборудованием завершения действия информационной цепи (DCE). Устройства DTE (терминалы и главные вычислительные машины в аппаратуре пользователя) подключаются к устройствам DCE (модемы, коммутаторы пакетов и другие порты в сеть PDN, обычно расположенные в аппаратуре этой сети), которые соединяются с «коммутаторами переключения пакетов» (packet switching exchange) (PSE или просто switches) и другими DCE внутри PSN и, наконец, к другому устройству DTE.

DTE может быть терминалом, который не полностью реализует все функциональные возможности Х.25. Такие DTE подключаются к DCE через трансляционное устройство, называемое пакетный ассемблер/дизассемблер - packet assembler/disassembler – PAD. Действие интерфейса терминал/PAD, услуги, предлагаемые PAD и взаимодействие между PAD и главной вычислительной машиной определены соответственно CCITT Recommendations X.28, X3 и Х.29.

Спецификация Х.25 составляет схемы Уровней 1-3 эталонной модели OSI. Уровень 3 Х.25 описывает форматы пакетов и процедуры обмена пакетами между равноправными объектами Уровня 3. Уровень 2 Х.25 реализован Протоколом Link Access Procedure, Balanced (LAPB). LAPB определяет кадрирование пакетов для звена DTE/DCE. Уровень 1 Х.25 определяет электрические и механические процедуры активации и дезактивации физической среды, соединяющей данные DTE и DCE. Необходимо отметить, что на Уровни 2 и 3 также ссылаются как на стандарты ISO - ISO 7776 (LAPB) и ISO 8208 (пакетный уровень Х.25).

Сквозная передача между устройствами DTE выполняется через двунаправленную связь, называемую виртуальной цепью. Виртуальные цепи позволяют осуществлять связь между различными элементами сети через любое число промежуточных узлов без назначения частей физической среды, что является характерным для физических цепей. Виртуальные цепи могут быть либо перманентными, либо коммутируемыми (временно). Перманентные виртуальные цепи обычно называют PVC; переключаемые виртуальные цепи – SVC. PVC обычно применяются для наиболее часто используемых передач данных, в то время как SVC применяются для спорадических передач данных. Уровень 3 Х.25 отвечает за сквозную передачу, включающую как PVC, так и SVC.

После того, как виртуальная цепь организована, DTE отсылает пакет на другой конец связи путем отправки его в DCE, используя соответствующую виртуальную цепь. DCE просматривает номер виртуальной цепи для определения маршрута этого пакета через сеть Х.25. Протокол Уровня 3 Х.25 осуществляет мультиплексную передачу между всеми DTE, которые обслуживает устройство DCE, расположенное в сети со стороны пункта назначения, в результате чего пакет доставлен к DTE пункта назначения.

Заключение

Развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.

Информационные сетевые технологии ориентированы в основном на предоставление информационных услуг пользователям.

Все сетевые технологии, как-то: Ethernet, Token Ring, FDDI или Х.25 – можно сказать одно из самых значительных и ярких демократических достижений технологического процесса. С их появлением информация, и право на правду и свободу слова становится потенциальным достоянием и возможностью большинства жителей планеты, люди могут объединяться и взаимодействовать вне зависимости от временных, расстояния, государственных и многих других границ.

В настоящее время весь мир охвачен глобальной сетью Интернет. Именно Интернет стирает все границы и обеспечивает распространение информации для практически не­ограниченного круга людей. Позволяет людям в любой точке планеты без всякого труда включиться в обсуждение насущных проблем. Главная особенность и назначение Интернета – это свободное распространение информации и установление связи между людьми.

Список источников и литературы:

1) Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник для экон. вузов / А.М.Вендров. – М.: Финансы и статистика, 2000. – 352с.: ил.

2) Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика и ИКТ: учеб. / Рекомендовано Министерством образования и науки РФ.- М: Московские учебники, 2010.- 336с.

3) Карпенков, С.Х. Современные средства информационных технологий: учеб. пособие для вузов / С.Х. Карпенков. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Кнорус, 2009. - 400 с.

4) Коноплева, И.А. Информационные технологии [Электронный ресурс]: электронный учебник / И.А. Коноплева, О.А. Хохлова, А.В. Денисов. - М.: Проспект, 2009.

5) Корнеев, И.К. Информационные технологии: учебник / И.К. Корнеев, Г.Н. Ксандопуло, В.А. Машурцев. - М.: Проспект, 2009. – 222 с.

6) Петров В.Н. Информационные системы / Петров В.Н. – СПб.: Питер, 2008. – 688с.: ил.

7) Информационные системы и технологии: Учебник. – 3-е изд. /Под ред. Г.А.Титоренка. – М.: Юнити-Дана, 2010. – 591 с.

8) Трофимов В. В. Информационные технологии. Учебник для вузов / Трофимов В. В. Издательство: Москва, ЮРАЙТ, 2011. – 624 с.

9) http://nwzone.ru/ - «Современные технологии»: новости со всего мира: hi-tech инновации, гаджеты, мобильная электроника, интернет, дизайн, наука.

Информационные системы и технологии: Учебник. – 3-е изд. / Под ред. Г.А.Титоренка. – М.: Юнити-Дана, 2010. – с. 176, 177.

Карпенков, С.Х. Современные средства информационных технологий: учеб. пособие для вузов / С.Х. Карпенков. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Кнорус, 2009. – с. 140 с.

Корнеев, И.К. Информационные технологии: учебник / И.К. Корнеев, Г.Н. Ксандопуло, В.А. Машурцев. - М.: Проспект, 2009. – с. 87.

Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика и ИКТ: учеб. / Рекомендовано Министерством образования и науки РФ.- М: Московские учебники, 2010.- с.33.

Http://nwzone.ru/ - «Современные технологии»: новости со всего мира: hi-tech инновации, гаджеты.

Петров В.Н. Информационные системы / Петров В.Н. – СПб.: Питер, 2008. – с.68.

Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник для экон. вузов / А.М.Вендров. – М.: Финансы и статистика, 2000. – с.35.

Коноплева, И.А. Информационные технологии [Электронный ресурс] : электронный учебник / И.А. Коноплева, О.А. Хохлова, А.В. Денисов. - М.: Проспект, 2009.

Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика и ИКТ: учеб. / Рекомендовано Министерством образования и науки РФ.- М: Московские учебники, 2010.- с.95.

Гейн А.Г., Сенокосов А.И. Информатика и ИКТ: учеб. / Рекомендовано Министерством образования и науки РФ.- М: Московские учебники, 2010.- с.99.

Информационные системы и технологии: Учебник. – 3-е изд. /Под ред. Г.А.Титоренка. – М.: Юнити-Дана, 2010. – с.91, 92.

Коноплева, И.А. Информационные технологии [Электронный ресурс] : электронный учебник / И.А. Коноплева, О.А. Хохлова, А.В. Денисов. - М.: Проспект, 2009.