Проектрирование локальной вычислительной сети

 

Введение

 

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

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

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

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

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

 

 

1. Задание на проектирование

 

В данной курсовой работе требуется:

• дать характеристику предприятия, для которого проектируется ЛВС (вид деятельности, решаемые задачи, количество зданий и помещений, поэтажные планы);
• провести сравнительный анализ возможных топологий сети и выбрать из них наиболее предпочтительную;
• дать описательную сущность эталонной модели взаимосвязи открытых систем (OSI) и сетевых протоколов;
• провести сравнительный анализ двух и более вариантов построения ЛВС с системных позиций с оценкой по основным параметрам (быстродействие, надежность, информационная безопасность, стоимость);
• разработать структурно-функциональную схему ЛВС;
• рассчитать производительность каналов и соединительной аппаратуры или устройств и подобрать соответствующее оборудование;

Данные 44 варианта:

Количество ЭВМ в сегменте – 11..20.

Расстояние между соседними  компьютерами в сегменте – 8-12м.

Количество сегментов  – 2.

Производительность – 0,2 Мбит/с (40% машин), 1,2Мбит/с (60% машин) в сегменте.

 

2 Описание локально-вычислительной сети

 

Данная  локальная сеть разрабатывается  для налоговой инспекции. Федеральная налоговая служба выполняет множество функций. Например отдел информационных технологий обеспечивает:

1. Поддержание работоспособности аппаратной части, системного и прикладного программного обеспечения общего применения. Администрирование сетевых ресурсов и обеспечение резервного копирования баз данных и программных средств. Администрирование баз данных инспекции. Внедрение и сопровождение ведомственных прикладных программ.
2. Консультирование пользователей прикладных программных средств общего применения. Обучение и консультирование пользователей ведомственных прикладных программ.
3. Соблюдение технологии ведения нормативно-справочной информации.
4. Внедрение и сопровождение систем телекоммуникаций для обмена открытой и конфиденциальной информацией.
5. Программно - техническое обеспечение технологических процессов приема - передачи информации в электронном виде при взаимодействии налоговых органов с другими ведомствами.
6. Организация антивирусной защиты информации.
7. Тиражирование программных продуктов по формированию в электронном виде налоговой отчетности, представляемой налогоплательщиками и налоговыми агентами.

Для повышения эффективности  оказываемых услуг необходимо наличие высокоскоростного интернета и грамотно построенной локальной сети внутри организации.

Разрабатываемая локальная  сеть будет использоваться для обеспечения доступа к сети Internet, хранения на общем сервере большого количества документации и оперативного предоставления услуг.

Локальная сеть будет состоять из 40 АРМ, разделенных на 2 сегмента по 20, а также одного общего сервера. Сегментация сети необходима, так как организация занимает двухэтажное здание. Сервер будет находиться на первом этаже.

Соединительные сетевые провода будут располагаться в специальных технологических каналах под искусственным напольным покрытием, такой метод прокладки кабеля увеличивает длину между рабочей станцией и коммутатором, однако в целях безопасности такое решение является оптимальным.

 

3 Топология сети

 

ВС состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть, широкомасштабная сеть, региональная сеть, локальная сеть.

Требования, предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяют географические масштабы ВС и скорости передачи данных.

Под локальной вычислительной сетью обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или в нескольких близко расположенных зданиях и принадлежащих одному предприятию. Сети связи ЛВС имеют в настоящее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 - 50км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).

На сегодняшний день используется несколько базовых технологий, на основе которых работает подавляющее  большинство локальных современных  сетей, – Ethernet, Token Ring, FDDI.

Термин  «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов  сети. Топология — это стандартный  термин, который используется профессионалами  при описании основной компоновки сети. Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор  той или иной топологии влияет:

• на состав необходимого сетевого оборудования;
• характеристики сетевого оборудования;
• возможности расширения сети;
• способ управления сетью.

При подключении устройств  к сети передачи данных используется 5 топологий:

• шина
• звезда
• кольцо
• ячеистая
• сотовая или концентрическая

Шина

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

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

 

Рис.1. Топология «Шина»

 

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

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

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

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;
• частота, с которой компьютеры передают данные;
• тип работающих сетевых приложений;
• тип сетевого кабеля;
• расстояние между компьютерами в сети.

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

Отражение сигнала

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

Терминатор

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

Нарушение целостности сети

Разрыв  сетевого кабеля происходит при его  физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также  ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических  сигналов в кабеле и прекращению  функционирования сети. Сеть «падает».

Сами  по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они  не могут взаимодействовать друг с другом.

Звезда

Концепция топологии сети в виде звезды (рис.2.) пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

 

Рис.2. Топология «Звезда»

 

Пропускная  способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется  для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное  соединение довольно простое, так как  каждая рабочая станция связана  с узлом. Затраты на прокладку  кабелей высокие, особенно когда  центральный узел географически  расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные  кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный  кабель из центра сети.

Топология в виде звезды 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.

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. Центральный узел управления – файловый сервер реализует  оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к  информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Достоинства

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
• Хорошая масштабируемость сети;
• Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• Высокая производительность сети;
• Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

• Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;
• Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• Конечное число рабочих станций , т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе.