Проектрирование локальной вычислительной сети

Это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для  соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в  памяти специальную таблицу (ARP-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные  коммутаторы позволяют управлять  коммутацией на канальном и сетевом  уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Level 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т.п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек, с целью увеличения числа портов (например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 96 портами).

Преобразователь интерфейсов или конвертер (англ. media converter) позволяет осуществлять переходы от одной среды передачи к другой (например, от витой пары к оптоволокну) без логического преобразования сигналов. Благодаря усилению сигналов эти устройства могут позволять преодолевать ограничения на длину линий связи (если ограничения не связаны с задержкой распространения). Используются для связи оборудования с разнотипными портами.

Выпускается три типа конвертеров:

• Преобразователь RS-232 <–> RS-485;
• Преобразователь USB <–> RS-485;
• Преобразователь Ethernet <–> RS-485.

Преобразователь RS-232 <–> RS-485 преобразует физические параметры  интерфейса RS-232 в сигналы интерфейса RS-485. Может работать в трех режимах  приема-передачи. (В зависимости  от установленного в конвертере программного обеспечения и состояния переключателей на плате конвертера).

Преобразователь USB <–> RS-485 - этот конвертер предназначен для  организации интерфейса RS-485 на любом  компьютере, имеющем интерфейс USB. Конвертер  выполнен в виде отдельной платы, подключаемой к разъёму USB. Питание  конвертера осуществляется непосредственно  от порта USB. Драйвер конвертера позволяет  создать для интерфейса USB виртуальный  СОМ-порт и работать с ним как  с обычным портом RS-485 (по аналогии с RS-232). Устройство обнаруживается сразу  при подключении к порту USB.

Преобразователь Ethernet <–> RS-485 - этот конвертер предназначен для обеспечения возможности передачи сигналов интерфейса RS-485 по локальной сети. Конвертер имеет свой IP-адрес (устанавливаемый пользователем) и позволяет осуществить доступ к интерфейсу RS-485 с любого компьютера подключенного к локальной сети и установленным соответствующим программным обеспечением. Для работы с конвертером поставляются 2 программы: Port Redirector – поддержка интерфейса RS-485 (СОМ-порта) на уровне сетевой карты и конфигуратор Lantronix, позволяющий установить привязку конвертера к локальной сети пользователя, а также задать параметры интерфейса RS-485 (скорость передачи, количество бит данных и т.д.) Конвертер обеспечивает полностью прозрачную приемо-передачу данных в любом направлении.

Маршрутиза́тор или ро́утер (от англ. router) — сетевое устройство, используемое в компьютерных сетях передачи данных, которое, на основании информации о топологии сети (таблицы маршрутизации) и определённых правил, принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычно применяется для связи нескольких сегментов сети.

Традиционно, маршрутизатор  использует таблицу маршрутизации  и адрес получателя, который находится  в пакетах данных, для дальнейшей передачи данных. Выделяя эту информацию, он определяет по таблице маршрутизации  путь, по которому следует передать данные и направляет пакет по этому  маршруту. Если в таблице маршрутизации  для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют другие способы  определения маршрута пересылки  пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы  верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов  сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов  отправителя и получателя (англ. NAT, Network Address Translation), фильтрацию транзитного  потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря  её разделению на домены коллизий и  широковещательные домены, а также  фильтрации пакетов. В основном их применяют  для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре  и протоколам, например для объединения  локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы DSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное устройство, так и PC компьютер, выполняющий  функции простейшего роутера.

Моде́м (аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Стандарты реализации Fast Ethernet

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчас практически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

Анализируя вышеописанные  данные, наиболее эффективным является использование кабеля витая пара категории-5. Данный вид кабеля может  обеспечить скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, а также он относительно лёгок в установке и недорог.

Для разрабатываемой сети будем использовать неэкранированную витую пару: RJ-45 UTP, lev.5e (305м.) 1689.9 руб (х5 для 1235м прокладки сети). Также необходимо приобрести 122 шт. вилок RJ-45 (3 руб./шт.) – 366 руб.

Для повышения производительности сети и повышения её безопасности для соединения компьютеров будем  использовать 3 коммутатора (switch), соединенных с маршрутизатором соответственно на 1-ом (router 1) и 2-ом (router 2) этажах здания, которые в свою очередь будут соединены между собой и третьим маршрутизатором (router 3). Третий маршрутизатор на 1-ом этаже здания будет подключен к серверу.

Ниже приведены технические  характеристики сетевого оборудования:

В таблице 3 приведены характеристики используемых коммутаторов (switch)

 

 

Таблица 3.

Коммутатор TrendNet N-Way Switch TEG S224     Цена 3714руб (10/100Mbps, 24 port, +2 1000Mbps Rack Mount) Коммутатор. TE100-S16E

 

В таблице 4 приведены характеристики используемых маршрутизаторов (router).

 

Таблица 4.

	Маршрутизатор, Router D-Link DIR-100
	Модель: DIR-120. Тип: маршрутизатор широкополосного  доступа со встроенным 4-портовым коммутатором, межсетевой экран и принт-сервер. Стандарты: IEEE 802.3, IEEE 802.3u, IEEE 802.3x. Протоколы: TCP/ IP, Line Printer Daemon Protocol
	Цена: 1 250руб.

 

Конечное сетевое оборудование

Конечное сетевое оборудование является источником и получателем  информации, передаваемой по сети.

Компьютер (рабочая станция), подключенный к сети, является самым универсальным узлом. Прикладное использование компьютера в сети определяется программным обеспечением и установленным дополнительным оборудованием. Для дальних коммуникаций используется модем, внутренний или внешний. С точки зрения сети, «лицом» компьютера является его сетевой адаптер. Тип сетевого адаптера должен соответствовать назначению компьютера и его сетевой активности.

Сервер является также компьютером, но с большими ресурсами. Это подразумевает его более высокую сетевую активность и значимость. Серверы желательно подключать к выделенному порту коммутатора. При установке двух и более сетевых интерфейсов (в том числе и модемного подключения) и соответствующего программного обеспечения сервер может играть роль маршрутизатора или моста. Серверы, как правило, должны иметь высокопроизводительную операционную систему.

В таблице 5 приведены параметры  типовой рабочей станции и  ее стоимость для разрабатываемой  локальной сети.

 

Таблица 5.

Рабочая станция

			Системный блок.GH301EA HP dc5750 uMT A64 X2-4200+(2.2GHz),1GB,160GB,ATI Radeon X300,DVD+/-RW,Vista Business
			Компьютер Hewlett-Packard GH301EA серии dс 5750. Данный системный блок оборудован процессором AMD Athlon™ 64 X2 4200+ c частотой 2.2 ГГц, 1024 Mб  оперативной памяти DDR2, жестким диском на 160 Гб, DVD-RW приводом и установленной  ОС Windows Vista Business.
			Цена: 16 450.00 руб.
				Монитор. TFT 19 “Asus V W1935
				Тип: ЖК • Технология ЖК: TN • Диагональ: 19" • Формат экрана: 5:4 • Макс. разрешение: 1280 x 1024 • Входы: VGA •  Вертикальная развертка: 75 Гц • Горизонтальная развертка: 81 КГц
				Цена: 6 000,00 руб.
Устройства ввода
Мышь		Genius GM-03003				172 руб.
Клавиатура	Logitech Value Sea Grey (refresh) PS/2				208 руб.
Общая стоимость						22 830 руб.

 

В Таблице 6 приведены параметры сервера.

 

 

Таблица 6.

Сервер

			DESTEN Системный блок DESTEN eStudio 1024QM
			Процессор INTEL Core 2 Quad Q6600 2.4GHz 1066MHz 8Mb LGA775 OEM Материнская плата Gigabyte GA-P35-DS3R ATX Модуль памяти DDR-RAM2 1Gb 667Mhz Kingston KVR667D2N5/1G - 2 Жесткий диск 250 Gb Hitachi Deskstar T7K500 HDP725025GLA380 7200RPM 8Mb SATA-2 - 2 Видео адаптер 512MB Zotac PCI-E 8600GT DDR2 128 bit DVI (ZT-86TEG2P-FSR) Привод DVD RW NEC AD-7200S-0B SATA Черный Корпус ZALMAN HD160XT BLACK.
			Цена: 50 882.00 руб.
			Монитор. TFT 19 “Asus V W1935
			Тип: ЖК • Технология ЖК: TN • Диагональ: 19" • Формат экрана: 5:4 • Макс. разрешение: 1280 x 1024 • Входы: VGA •  Вертикальная развертка: 75 Гц • Горизонтальная развертка: 81 КГц
			Цена: 6 000,00 руб.
Устройства ввода
Мышь		Genius GM-03003			172 руб.
Клавиатура	Logitech Value Sea Grey (refresh) PS/2			208 руб.
Общая стоимость					57 262 руб.

 

Программное обеспечение  сети

В программное обеспечение  сервера входят:

• Операционная система Windows Server 2003 SP2+R2
• Антивирусная программа NOD 32 AntiVirus System.
• Пакет программ Microsoft Office 2003 (pro)
• Пакет программ ABBY FineReader Corporate Edition v8.0 (серверная лицензия)
• Программа для администрирования сети Symantec pcAnywhere 12 (сервер)