Проектрирование локальной вычислительной сети

В результате попытка OSI договориться об общих стандартах сетевого взаимодействия была вытеснена стеком протоколов TCP/IP, используемым в Интернете, и его  более простым, прагматичным подходом к компьютерным сетям. Подход Интернета  состоял в создании простых протоколов с двумя независимыми реализациями, требующимися для того, чтобы протокол мог считаться стандартом. Это  подтверждало практическую реализуемость  стандарта. Например, определения стандартов электронной почты X.400 состоят из нескольких больших томов, а определение электронной почты Интернета (SMTP) — всего несколько десятков страниц в RFC 821. Всё же стоит заметить, что существуют многочисленные RFC, определяющие расширения SMTP. Поэтому на данный момент полная документация по SMTP и расширениям также занимает несколько больших книг.

Большинство протоколов и  спецификаций стека OSI уже не используются, такие как электронная почта X.400. Лишь немногие выжили, часто в значительно  упрощённом виде. Структура каталогов X.500 до сих пор используется, в  основном, благодаря упрощению первоначального  громоздкого протокола DAP, получившему  название LDAP и статус стандарта Интернета.

Свёртывание проекта OSI в 1996 году нанесло серьёзный удар по репутации  и легитимности участвовавших в  нём организаций, особенно ISO. Наиболее крупным упущением создателей OSI был отказ увидеть и признать превосходство стека протоколов TCP/IP.

 

6 Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети

 

Для выбора технологии рассмотрим таблицу сравнений технологий FDDI, Ethernet и Token Ring (таблица 2).

 

Таблица 2. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

Характеристика	FDDI	Ethernet	Token Ring
Битовая скорость, Мбит/с	100	10	16
Топология	Двойное кольцо деревьев	Шина/звезда	Звезда/кольцо
Среда передачи данных	Оптоволокно, неэкранированная витая  пара категории 5	Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара категории 3, оптоволокно	Экранированная или неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)	200 км (100 км на  кольцо)	2500 м	40000 м
Максимальное расстояние между узлами	2 км (не более 11 дБ потерь между  узлами)	2500 м	100 м
Максимальное количество узлов	500 (1000 соединений)	1024	260 для экранированной витой  пары, 72 для неэкранированной  витой пары

 

После анализа таблицы характеристик технологий FDDI, Ethernet, Token Ring, очевиден выбор технологии Ethernet (вернее ее модификации Fast Ethernet), которая учитывает все требованиям нашей локальной сети. Т.к технология Token Ring обеспечивает скорость передачи данных до 16 мбит\сек, то мы ее исключаем из дальнейшего рассмотрения, а из-за сложность реализации технологии FDDI, наиболее разумно будет использовать Ethernet.

 

7 Сетевые протоколы

 

Семиуровневая модель OSI является теоретической, и содержит ряд недоработок. Реальные сетевые протоколы вынуждены  отклоняться от неё, обеспечивая  непредусмотренные возможности, поэтому  привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной.

Основная недоработка OSI — непродуманный транспортный уровень. На нём OSI позволяет обмен данными  между приложениями (вводя понятие  порта — идентификатора приложения), однако, возможность обмена простыми дейтаграммами в OSI не предусмотрена  — транспортный уровень должен образовывать соединения, обеспечивать доставку, управлять  потоком и т. п. Реальные же протоколы  реализуют такую возможность.

Сетевые транспортные протоколы  обеспечивают базовые функции, необходимые  компьютерам для коммуникаций с  сетью. Такие протоколы реализуют полные эффективные каналы коммуникаций между компьютерами.

Транспортный протокол можно рассматривать как зарегистрированную почтовую службу. Транспортный протокол гарантирует, что передаваемые данные доходят до заданного адресата, проверяя получаемую от него квитанцию. Он выполняет  контроль и исправление ошибок без  вмешательства более высокого уровня.

Основными сетевыми протоколами  являются:

- NetBEUI

- NWLink (IPX/SPX)

- TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP.

TCP/IP - это средство для обмена информацией между компьютерами, объединенными в сеть. Не имеет значения, составляют ли они часть одной и той же сети или подключены к отдельным сетям. Не играет роли и то, что один из них может быть компьютером Cray, а другой Macintosh. TCP/IP - это не зависящий от платформы стандарт, который перекидывает мосты через пропасть, лежащую между разнородными компьютерами, операционными системами и сетями. Это протокол, который глобально управляет Internet, и в значительной мере благодаря сети TCP/IP завоевал свою популярность.

TCP/IP - это аббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Протокол Internet). В терминологии вычислительных сетей протокол - это заранее согласованный стандарт, который позволяет двум компьютерам обмениваться данными. Фактически TCP/IP не один протокол, а несколько. Именно поэтому его называют стеком протоколов, среди которых TCP и IP - два основных.

TCP/IP - зародился в результате  исследований, профинансированных  Управлением перспективных научно-исследовательских  разработок (Advanced Research Project Agency, ARPA) правительства  США в 1970-х годах. Этот протокол был разработан с тем, чтобы вычислительные сети исследовательских центров во всем мире могли быть объединены в форме виртуальной "сети сетей" (Internet). Первоначальная Internet была создана в результате преобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носивших название ARPAnet, с помощью TCP/IP.

Причина, по которой TCP/IP столь  важен сегодня, заключается в  том, что он позволяет самостоятельным  сетям подключаться к Internet или объединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющие интрасеть, физически подключаются через устройства, называемые маршрутизаторами или IP-маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство или  компьютер, который передает пакеты данных из одной сети в другую. В  интрасети, работающей на основе TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемых IP-пакетами (IP packets) или IP-дейтаграммами (IP datagrams). Благодаря программному обеспечению TCP/IP все компьютеры, подключенные к  вычислительной сети, становятся "близкими родственниками". По существу оно  скрывает маршрутизаторы и базовую  архитектуру сетей и делает так, что все это выглядит как одна большая сеть. Точно так же, как  подключения к сети Ethernet распознаются по 48-разрядным идентификаторам Ethernet, подключения к интрасети идентифицируются 32-разрядными IP-адресами, которые мы выражаем в форме десятичных чисел, разделенных точками (например, 128.10.2.3). Взяв IP-адрес удаленного компьютера, компьютер в интрасети или  в Internet может отправить данные на него, как будто они составляют часть одной и той же физической сети.

TCP/IP дает решение проблемы  данными между двумя компьютерами, подключенными к одной и той  же интрасети, но принадлежащими  различным физическим сетям. Решение  состоит из нескольких частей, причем каждый член семейства  протоколов TCP/IP вносит свою лепту  в общее дело. IP - самый фундаментальный  протокол из комплекта TCP/IP - передает IP-дейтаграммы по интрасети и  выполняет важную функцию, называемую маршрутизацией, по сути дела это выбор маршрута, по которому дейтаграмма будет следовать из пункта А в пункт B, и использование маршрутизаторов для "прыжков" между сетями.

Протокол TCP/IP стал стандартом взаимодействия компьютеров Unix, особенно в военных учреждениях и университетах. С разработкой протокола передачи гипертекста HTTP (Hypertext Transfer Protocol) для  совместной работы с документами HTML (Hypertext Markup Language), бесплатно прилагаемыми в большой глобальной сети, появилась  система World Wide Web (WWW), а Internet расширилась  на частный сектор. TCP/IP стал основой  стремительной экспансии, потеснив применяемый в качестве коммерческого  протокола IPX и став предпочитаемый среди всех сетевых ОС.

NWLink (IPX/SPX)

NWLink IPX/SPX/NetBIOS-совместимый  транспортный протокол (NWLink) — это  NDIS-совместимая 32-разрядная реализация  протокола IPX/SPX фирмы Novell. Протокол NWLink поддерживает два интерфейса  прикладного программирования (API): NetBIOS и Windows Sockets. Эти интерфейсы  позволяют обеспечить связь компьютеров  под управлением Windows между собой,  а также с серверами NetWare.

Транспортный драйвер NWLink представляет собой реализацию протоколов низкого уровня NetWare, таких как IPX, SPX, RIPX (Routing Information Protocol over IPX) и NBIPX (NetBIOS over IPX). Протокол IPX управляет адресацией и маршрутизацией пакетов данных внутри сетей и между ними. Протокол SPX обеспечивает надежную доставку данных, поддерживая правильность последовательности их передачи и механизм подтверждений. Протокол NWLink обеспечивает совместимость  с NetBIOS за счет уровня NetBIOS поверх протокола IPX.

IPX/SPX (от англ. Internetwork Packet eXchange/Sequenced Packet eXchange) — стек протоколов, используемый в сетях Novell NetWare. Протокол IPX обеспечивает сетевой  уровень (доставку пакетов, аналог IP), SPX — транспортный и сеансовый  уровень (аналог TCP).

Протокол IPX предназначен для  передачи дейтограмм в системах, неориентированных  на соединение (также как и IP или NETBIOS, разработанный IBM и эмулируемый  в Novell), он обеспечивает связь между NetWare серверами и конечными станциями.

SPX (Sequence Packet eXchange) и его  усовершенствованная модификация  SPX II представляют собой транспортные  протоколы 7-уровневой модели ISO. Это протокол гарантирует доставку  пакета и использует технику  скользящего окна (отдаленный аналог  протокола TCP). В случае потери  или ошибки пакет пересылается  повторно, число повторений задается  программно.

NetBEUI

NetBEUI - это пpотокол, дополняющий спецификацию интеpфейса NetBIOS, используемую сетевой опеpационной системой. NetBEUI фоpмализует кадp тpанспоpтного уpовня, не стандаpтизованный в NetBIOS. Он не соответствует какому-то конкpетному уpовню модели OSI, а охватывает тpанспоpтный уpовень, сетевой уpовень и подуpовень LLC канального уpовня. NetBEUI взаимодействует напpямую с NDIS уpовня MAC. Таким обpазом это не маpшpутизиpуемый пpотокол.

Транспортной частью NetBEUI является NBF (NetBIOS Frame protocol). Сейчас вместо NetBEUI обычно применяется NBT (NetBIOS over TCP/IP).

Как правило NetBEUI используется в сетях где нет возможности  использовать NetBIOS, например, в компьютерах с установленной MS-DOS.

 

8 Аппаратное и программное обеспечение

 

Основные группы кабелей, используемые в локальных сетях

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают  в качестве среды передачи сигналов между компьютерами. Существуют различные  типы кабелей, которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

Выделяют три основные группы кабелей:

• коаксиальный кабель (coaxial cable);
• витая пара (twisted pair):

- неэкранированная (unshielded);

- экранированная (shielded);

• оптоволоконный кабель (fiber optic).

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») — вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, соответственно вставленных один в другой (рис. 10). Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник — медная сетка или алюминиевая фольга. Благодаря совпадению центров обоих проводов потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. Основной характеристикой кабеля является волновое сопротивление. В зависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколько категорий. Компьютерные сети на основе этого кабеля обычно требуют наличия терминаторов на оконечных точках.

 

Рис. 10. Телевизионный коаксиальный кабель.

 

Наиболее распространённые категории кабеля:

• RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;
• RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2.
• RG-58/U — сплошной центральный проводник
• RG-58A/U — многожильный центральный проводник
• RG-58C/U — военный кабель
• RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 50 Ом. Российский аналог РК-50 (Радио-кабель);
• RG-59/U — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75;
• RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий Ethernet был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 миллиметров и значительная гибкость, позволяла ему быть проложенным  практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с  сетевой платой в компьютере при  помощи Т-коннектора BNC (British Naval Connector). Между собой кабели могли соединяться  с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мб/с на расстояние до 185 метров.