Разработка локальной вычислительной сети и ее программного обеспечения

 

 

В  сетях  с  топологией  «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией  сети  централизованны. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.

А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий  его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Расширять звездообразную сеть можно  путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора  и присоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.

 

Кольцо

 

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

 

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес  совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

 

На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду

 

 

 

 

 

Шинно-звездообразная топология

 

Она комбинирует сети типа “звезда” и “шина”, связывая несколько концентраторов шинными магистралями. Если один из компьютеров отказывает, концентратор может выявить отказавший узел и изолировать неисправную машину. При отказе концентратора соединенные с ним компьютеры не смогут взаимодействовать с сетью, а шина разомкнется на два не связанных с другом сегмента.

 

Звездообразно-кольцевая  топология

 

 

В ней сетевые кабели прокладываются аналогично звездообразной сети, но в  центральном концентраторе реализуется  кольцо. С внутренним концентратором можно соединить внешние, тем самым расширив петлю внутреннего кольца.

 

 

 

 

 

 

На основе всей приведенной выше информации о топологиях построения сетей, достоинствах и недостатках  каждого из них, и в соответствии с характеристиками создаваемой  сети выбираем топологию “звезда-шина”. В создаваемой сети предполагается использование 72 компьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Сетевое оборудование ЛВС

 

1. Выбор кабельной системы

 

Выбор кабельной системы зависит  от интенсивности трафика, требований к защите информации, максимального  расстояния, требования к характеристикам кабеля, стоимости реализации. Кабельная система должна соответствовать условиям ее применения.  К числу факторов, влияющих на стоимость и пропускную способность кабеля, относятся: простота монтажа, экранирование, стоимость оборудования, необходимого для подключения кабеля.

 

 

Сравнительные характеристики различных  типов кабеля приведены в таблице:

 

Характеристики	Тонкий коаксиальный кабель(10 Base 2)	Толстый коаксиальный кабель(10 Base 5)	Витая пара (10 Base Т)	Оптоволоконный
Стоимость	Невысокая	Средняя	Невысокая	Высокая
Эффективная длина кабеля	185 м	500 м	100 м	2 км
Скорость передачи	10 Мбит/с	10 Мбит/с	4 Мбит/с - 100 Мбит/с	100 Мбит/с – 1 Гбит/с
Гибкость	Гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Простота монтажа	Средняя	Средняя	Высокая	Средняя

 

 

Проанализировав характеристики различных  типов кабеля, физическое расположение компьютеров в качестве кабельной  системы для нашей сети выбираем кабель “витая пара” 10 Base-T Level 5. Так как данный вид кабеля является наиболее дешевым соединением, он позволяет передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, не вызывает особых сложностей при монтаже.

По определению, витая пара - это два изолированных провода, скрученных между собой.

Именно скрутка позволяет предотвратить некоторые типы помех, наводимые на кабиле.

Обычно для Ethernet 10 Base-T используют кабель, имеющий две витые пары – одну на передачу и одну на прием (AWG 24). Тем не менее, в этих же целях часто используют обычный телефонный кабель.

Пассивная часть кабельной структуры ЛВС включает в себя: сам кабель, настенные розетки RJ-45, патч-корды с разъемами RJ-45/5L (кабель для соединения настенных розеток с разъемами на адапторе компьютера). Для соединения концентраторов между собой используется коаксиальный кабель.

 

 

 

 

 

2.2.2  Выбор  концентратора

 

Hub или концентратор - многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Кроме того, возможно их соединение магистральным кабелем в шинную топологию

 

Назначение концентраторов - объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Для рабочей группы характерны следующие признаки: определенная территориальная сосредоточенность; коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы; в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности, происходит одинаковое воздействие внешних источников возмущений (климатических, электромагнитных и т.п.); совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства; обычно содержат свои локальные сервера.

Связной бит у концентраторов представляет собой периодический импульс  длительностью 100 нс, посылаемый через  каждые 16 мс. Он не влияет на трафик сети. Связной бит посылается в тот  период, когда сеть не передает данные. Эта функция осуществляет текущий контроль сохранности UTP канала. Данную функцию следует использовать во всех возможных случаях и блокировать ее только тогда, когда к порту концентратора подсоединяется устройство, не поддерживающее ее.

Обеспечение секретности в сетях, построенных с использованием концентраторов, довольно неблагодарное занятие, т.к. Hub по определению является широковещательным устройством. Но, при необходимости, Вам могут быть доступны следующие средства: блокирование неиспользуемых портов, установка пароля на консольный порт, установка шифрования информации на каждом из портов (некоторые модели имеют эту возможность).

Для нашей сети подойдет концентратор Compex TP1024, имеющий 24 порта для “витой пары” и 1 порт для коаксиального кабеля. В настоящее время у фирмы имеется 72 компьютера и 2 сервера, поэтому 120 портов для их подключения будет достаточно. (5*24=120)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.3  Выбор  сетевого адаптера

 

Сетевой адаптер - устройство, служащее для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными между единицами сети.

По выполняемым функциям сетевые  адаптеры  разделяются на две  группы:

1. Реализующие функции физического и канального уровней. Такие адаптеры, выполняемые в виде интерфейсных плат, отличаются технической простотой и невысокой стоимостью. Они применяются в сетях с простой топологией, где почти отсутствует необходимость выполнения таких функций, как маршрутизация пакетов, формирование из поступающих пакетов сообщений, согласование протоколов различных сетей и др.

2. Реализующие функции первых четырех уровней модели ВОС - физического, канального, сетевого и транспортного. Эти адаптеры, кроме функций сетевого адаптера первой группы, могут выполнять функции маршрутизации, ретрансляции данных, формирования пакетов из передаваемого сообщения (при передаче), сборки пакетов в сообщение (при приеме), согласования ППД различных сетей, сокращая таким образом затраты вычислительных ресурсов ЭВМ на организацию сетевого обмена. Технически они могут быть выполнены на базе микропроцессоров. Естественно, что такие адаптеры применяются в ЛВС, где имеется необходимость в реализации перечисленных функций. Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры, разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-кольцевую, звездно-шинную).

Дифференциация адаптеров по выполняемым функциям и ориентация их на определенную архитектуру ЛВС привели к большому многообразию типов адаптеров и разбросу их характеристик.

 

В качестве сетевых аппаратных средств  рабочих станций и сервнра  выбираем сетевые платы 3COM EtherLink XL 10/100 PCI NIC (3C905-TX) так как фирма 3COM дает пожизненную гарантию на свою продукцию и делает ее хорошего качества. Количество сетевых карт равно количеству подключаемых компьютеров, т.е. 72.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.4  Выбор  типа сервера

 

По определению, сервер – это некоторое обслуживающее устройство, которое в ЛВС выполняет, например, роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером, вообще говоря понимается комбинация аппаратных и программных средств, которое служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.

Файл-сервер в ЛВС является ”выделенным” компьютером, который отвечает за коммуникационные связи всех остальных компьютеров, входящих в данную сеть, а также  предоставляет им общий доступ к  общим сетевым ресурсам: дисковому  пространству принтера (принтером, межсетевому интерфейсу и тд.).

В ЛВС может использоваться несколько  выделенных серверов. Например, сервер приложений (программы типа “клиент-сервер”), являясь, также как и файл-сервер, “выделенным” компьютером, выполняет  одну или несколько прикладных задач, которые запускаются пользователями со своих терминалов включенных в данную сеть.

На файл-сервере должна работать специальная сетевая операционная система. Обычно это мультизадачная ОС, использующая защищенный режим  работы процессора.

Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют  доступ к дискам файл-сервера и  совместно используемому принтеру (принтером).

В нашей сети необходимо установить выделенный сервер, который будет  выполнять функции (файл-сервера), централизованную обработку запросов других пользователей, хранения информации, сервер должен решать вопросы маршрутизации и транспортировки информации, администрирования сети, централизованного управления сетевыми ресурсами, централизованного обеспечения безопасности и управление доступом.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор аппаратного обеспечения сервера

Можно выделить два основных параметра, отличающих сервер от обычных компьютеров. Во-первых, это очень высокая производительность (это касается, разумеется, и эффективного обмена с периферийными устройствами), достаточно мощная дисковая подсистема (преимущественно со SCSI интерфейсом), а во-вторых, повышенная надежность (сервер, как правило работает круглые сутки не выключаясь). Что касается производительности, то для сервера ее довольно часто оценивают в транзакциях. Вообще говоря, под транзакцией понимают совокупность трех последовательных действий: чтение данных, обработка данных и запись данных. Применительно, например, к файл-серверу транзакцией можно считать процесс изменения записи на сервере, когда рабочая станция выполняет модификацию файла, хранимого на сервере.