Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Факультет информационных технологий и робототехники
Кафедра «Робототехнические системы»
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине:
«Компьютерные сети»
на тему «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей»
Выполнил: Черношей Д.Д.
студент гр. 107811
Руководитель: Дубинин С.В.
Минск 2014
Белорусский национальный технический университет
(наименование ВУЗа)
Факультет:____________________
«УТВЕРЖДАЮ»
Зав. кафедрой_________________
(подпись)
«____»_______________________
З А Д А Н И Е
по курсовой работе
Студенту гр.___________________________
1. Тема работы: ______________________________
2. Сроки сдачи студентом
законченного проекта:_________
3. Исходные данные к
проекту:______________________
4. Содержание расчетно-
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
5. Консультанты по работе
(с указанием разделов проекта)
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
6. Дата выдачи задания:__________
7. Календарный график
работы над проектом (с указанием
трудоемкости отдельных этапов)
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
______________________________
Руководитель__________________
(подпись)
Задание принял
к исполнению____________________
(дата и подпись студента)
ЗАДАНИЕ
- Расчет сети Ethernet.
Топология сети приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Топология сети Ethernet
В таблице 1 и 2 приведены исходные данные о задержках для PDV и PVV.
Таблица 1 - Исходные данные о задержках для PDV
Тип сегмента |
База левого сегмента |
База промежуточного сегмента |
База правого сегмента |
Задержка среды на 1 м |
Максимальная длина сегмента |
10Base-5 |
11.8 |
46.5 |
169.5 |
0.0866 |
500 |
10Base-2 |
11.8 |
46.5 |
169.5 |
0.1026 |
185 |
10Base-T |
15.3 |
42.0 |
165.0 |
0.113 |
100 |
10Base-FB |
- |
24.0 |
- |
0.1 |
2000 |
10Base-FL |
12.3 |
33.5 |
156.5 |
0.1 |
2000 |
FOIRL |
7.8 |
29.0 |
152.0 |
0.1 |
1000 |
AUI (> 2 м) |
0 |
0 |
0 |
0.1026 |
2+48 |
Таблица 2 - Исходные данные о задержках для PVV
Тип сегмента |
Передающий сегмент |
Промежуточный сегмент |
10Base-5 или 10Base-2 |
16 |
11 |
10Base-FB |
- |
2 |
10Base-FL |
10.5 |
8 |
10Base-T |
10.5 |
8 |
- Расчет сети FastEthernet.
Топология сети приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Топология сети FastEthernet
В таблице 3 и 4 приведены исходные данные о задержках PDV.
Таблица 3 – Задержки вносимые кабелем
Тип кабелей |
Удвоенная задержка в bt на 1м |
Удвоенная задержка на кабеле максимальной длины |
UTP Cat 3 |
1,14bt |
114bt (100м) |
UTP Cat 4 |
1,14bt |
114bt (100м) |
UTP Cat 5 |
1,112bt |
111,2 bt(100м) |
STP |
1,112bt |
111,2 bt(100м) |
Оптоволокно |
1,0 bt |
412 (412м) |
Таблица 4 – Задержки вносимые сетевыми адаптерами
Тип сетевых адаптеров |
Максимальная задержка при двойном обороте |
Два адаптера TX/FX |
100bt |
Два адаптера T4 |
138 bt |
Один адаптер TX/FX и один Т4 |
127 bt |
- Расчет подсетей.
В таблице 5 приведены исходные данные для расчета подсетей.
Таблица 5 - Исходные данные для расчета подсетей
№ варианта |
Кол. узлов в сети |
Кол. подсетей |
Макс. кол. узлов в подсети |
Создать подсети |
Настроить указанные узлы в подсетях |
11 |
200 |
10 |
40 |
4 |
20, 21, 30, 31, 40 |
5 |
1, 11, 21, 31, 41 |
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Компьютерная сеть –– система связи между двумя и более компьютерами. Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило –– различные виды электрических сигналов или электрического излучения.
Всемирная тенденция к объединению в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений(факсов,e-mail и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм-производителей работающих под разным программным обеспечением.
Разработка и практическое использование компьютерных сетей является актуальной задачей, особенно с учетом огромных возможностей их использования и значительного ускорения производственного процесса.
В данной курсовой работе представлена разработка локальной сети и настройка пакетной передачи данных для компьютерных сетей.
1 Состав и назначение рабочей станции и сетевой станции
Рабо́чая ста́нция (англ. workstation) — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для решения определённого круга задач.
Sun SPARCstation 1+ c 25 МГцRISC-процессором, начало 1990-хгодов
Xerox Alto стал в 1973 первым компьютером, который использовалграфический интерфейс пользователя с манипулятором типа«мышь» и сеть Ethernet.
- Рабочая станция как место работы специалиста
представляет собой полноценный компьютер или комп
ьютерный терминал(устройства ввода-вывода, отделённые и часто удалённые от управляющего компьютера), набор необходимого ПО, по необходимости дополняемые вспомогательным оборудованием: печатающее устройство, внешнее устройство хранения данных на магнитных и/или опти ческих носителях, сканер штрих-кода и пр.[1]
В советской литературе также использовался термин АРМ (автоматизированное рабочее место), но в более узком смысле, чем «рабочая станция».[1] - Также термином «рабочая станция» обозначают стационарный компьютер в составе локальной вычислительной сети (ЛВС) по отношению к серверу. (В локальных сетях компьютеры подразделяются на рабочие станции и серверы. На рабочих станциях пользователи решают прикладные задачи (работают в базах данных, создают документы, делают расчёты, играют в компьютерные игры. Сервер обслуживает сеть и предоставляет собственные ресурсы всем узлам сети, в том числе и рабочим станциям.)
Признаки конфигураций
Существуют достаточно устойчивые признаки конфигураций рабочих станций, предназначенных для решения определённого круга задач, что позволяет подразделить их на отдельные профессиональные подклассы:
- мультимедиа и, в частности, компьютерная графика и обработка изображений, видео,
звука, разработка компьютерных игр. - Различные инженерные, архитектурные (в том числе градостроительные) и иные САПР, ГИС, полевая работа и геодезия и т. д.
- Научные и инженерно-технические вычисления.
- Профессиональный биржевой интернет-трейдинг.
Каждый такой подкласс может иметь присущие
ему особенности и уникальные компоненты
(в скобках даны примеры областей использования):
большой размер видеомонитора (
Сетевые серверы.
Под сервером понимают компьютер,
который предоставляет свои ресурсы другим
компьютерам, которые называются клиентами.
По сути дела, сервер осуществляет обработку
и хранение основной информации, которая
находится в компьютерной сети. В связи
с разнообразием используемой информации
и видов ее обработки существуют разные
типы
серверов, найпоширенiшим из
которых есть файловый сервер.
Под файловым сервером понимают
компьютер, который подключен к сети и
используется для хранения файлов данных,
к которым обращаются рабочие станции.
С точки зрения пользователя файловый
сервер рассматривается как центральный
архив, в котором сохраняется общая для
всех рабочих станций информация.
В более сложных сетях кроме
файлового сервера могут присутствовать
и другие виды серверов, например: сервер
печати, сервер базы данных, Web-сервер,
почтовый сервер и др.
Сервер печати – это компьютер,
который специализируется на управлении
доступом пользователей к системным устройствам
вывода, например принтеров. Iснуваннясервера
обусловленно необходимостью более эффективного
использования дорогих печатающих устройств.
В крупных сетях сервер печати может руководить
одновременно несколькими принтерами.
Сервер базы данных предназначен
для хранения базы данных и управления
доступом к ней. База данных – это совокупность
связанных объектов, которые включают
и таблицы, и формы, и отчеты и др. Формирование
баз данных, установка связи между ее объектами,
а также организация доступа к содержанию
базы осуществляется с помощью специального
приложення – системы управления базой
данных (СУБД).
Web-сервер – это сервер, ориентированный
на выполнение специальных задач взаимодействия
с сетью Internet. Он предоставляет рабочим
станциям максимально возможен набор
услуг межсетевого взаимодействия.
Почтовый сервер – компьютер,
который управляет потоком электронной
почты, передачей сообщений и связью с
серверами глобальных сетей, в частности
Internet.
Оборудование серверов.
По составу оборудования серверы
мало чем отличаются от рабочих станций,
однако до самого оборудования существуют
высшие востребования. Это связано с тем,
что файловый сервер должен достаточно
быстро обрабатывать большое количество
запросов от всех рабочих станций. Для
обеспечения нужной производительности
серверы оснащаются высокопродуктивными
процессорами, например Pentium II с тактовой
частотой 233 Мгц и выше. Возможно использование
систем с несколькими процессорами одновременно.
С целью повышения производительности
в серверах широко используется кэш-память.
Эта сверхбыстродействующая память предназначена
для временного хранения команд и данных,
к которым происходит найчастiше обращение.
Для предупреждения потери информации
при работе с жесткими дисками в серверах
используется система RAID – избыточные
массивы недорогих дисков. Система RAID
включает набор жестких дисков, при этом
реализуются разные режимы одновременной
записи одной и той же информации на несколько
жестких дисков. Це позволяет в случае
сбоя жесткого диску возобновлять данные
из резервной копии, которые находятся
на другом диске.
Для обеспечения нормальной
работы компьютерной сети и предупреждения
потери информации при внезапном отключении
силового питания сервер должен питаться
от источника бесперебойного питания
(UPS). Источник бесперебойного питания
использует аккумуляторную батарею для
поддержки работоспособности компьютера
(сервера) в течение времени, достаточного
для сохранения данных, закрытия программ
и нормального завершения работы. Есть
“умные” источники бесперебойного питания,
какие сами корректные свертывают работу
сервера, исключают его, а при появлении
напряжения питания автоматически возобновляют
работу системы.
2 Основы организации и хранения данных на HDD накопителях
Накопитель информации на жестких магнитных дисках (HDD), условно состоит из герметичного блока и платы электроники. Герметичный блок заполнен обычным обеспыленным воздухом под атмосферным давлением, и в нем размещены все механические части. Кинематика жесткого диска состоит из одного или нескольких магнитных дисков, жестко закрепленных на шпинделе двигателя, и системы позиционирования магнитных головок. Магнитная головка находится на одной из сторон вращающегося магнитного диска и осуществляет чтение и запись данных с поверхности магнитных дисков, вращающихся со скоростью до 15 000 оборотов в минуту. Головки закреплены на специальных держателях и перемещаются системой позиционирования между центром и краем диска. Точное позиционирование магнитных головок осуществляется по записанной на диске сервоинформации. Считывая ее, система позиционирования определяет силу тока, которую нужно пропустить через катушку электромагнитного привода для удержания магнитной головки над требуемой дорожкой.
При включении питания процессор жесткого диска выполняет тестирование электроники, после чего выдает команду включения шпиндельного двигателя. При достижении некоторой критической скорости вращения плотность увлекаемого поверхностями дисков воздуха становится достаточной для преодоления силы прижима головок к поверхности и поднятия их на высоту меньше микрона над поверхностями дисков. С этого момента и до снижения скорости ниже критической головки "парят" на воздушной подушке и совершенно не касаются поверхностей дисков. После достижения дисками скорости вращения, близкой к номинальной, головки выводятся из зоны парковки, и начинается поиск сервометок для точной стабилизации скорости вращения, после чего выполняется считывание микрокода и другой служебной информации с магнитной поверхности. В завершение инициализации выполняется тестирование системы позиционирования путем перебора заданной последовательности дорожек, и если оно проходит успешно, жесткий диск сообщает о готовности к работе. Для повышения надежности хранения информации микропрограмма жестких дисков отслеживает технологические параметры (SMART), доступные для считывания и анализа программой, которая уведомляет пользователя о надвигающемся сбое.
Технологии записи информации в жестких дисках
Отдельные участки магнитного диска могут быть намагничены одним из двух возможных способов, которые обозначают ноль или единицу, т. е. 1 бит. Такая намагниченная область называется магнитным доменом и представляет собой миниатюрный магнит на поверхности диска с определенной ориентацией южного и северного магнитного полюса. Для записи бита магнитная головка создает определенным образом направленное магнитное поле, которое ориентирует домен, вектор намагниченности которого сохраняется в течение длительного времени после того, как головка прекратила свое воздействие на магнитную поверхность. Плотность записи, количество информации, которое может быть записано на единицу поверхности пластины, связано с размерами доменов. Общеупотребительными величинами плотности записи являются:
BPSI (плотность записи на единицу
площади) - количество информации, которое
может быть записано на
TPI - (плотность дорожек) - величина, показывающая, насколько близко друг от друга расположены дорожки на пластине. Измеряется в количестве дорожек на дюйм.
BPI (линейная плотность) - величина, показывающая, насколько плотно "упакованы" данные на дорожке. Измеряется в битах на дюйм дорожки.
Основными причинами невозможности бесконечного уменьшения размера домена является:
Размер магнитной головки. В настоящее время именно она определяет размер минимальной намагничиваемой области - домена.
Ослабление уровня считываемого сигнала и увеличения в нем уровня шума.
Спонтанное саморазмагничивание домена, вызванное воздействием температуры.
Помимо уменьшения размера доменов производители жестких дисков используют и другие технологии увеличения плотности записи:
PRML - максимальное правдоподобие
при неполном отклике. Это алгоритм
преобразования аналогового
AFC - антиферромагнитная пара (магнитно-компенсированые
пленки). Суть идеи заключается
в нанесении на диск
PMR - перпендикулярный вектор
Продольная запись
Классический способ записи информации
Перпендикулярная запись
Перпендикулярный способ записи информации
HAMR - термомагнитная запись. Суть
идеи заключается в
SOMA - самоорганизующиеся магнитные
решетки. Данная технология
Кластер файловой системы
Кластер - несколько секторов, рассматриваемых операционной системой как одно целое. При повреждении одного сектора жесткого диска операционная система объявляет негодным для дальнейшего использования весь кластер, размер которого в NTFS (по умолчанию) составляет 4 Кб, т.е. 8 секторов.
3 РАСЧЕТ СЕТИ ETHERNET
Для того, чтобы сеть Ethernet, состоящая из сегментов различной физической природы, работала корректно, необходимо, чтобы выполнялись три основных условия:
- Количество станций в сети не превышает 1024 (с учетом ограничений для коаксиальных сегментов).
- Удвоенная задержка распространения сигнала (Path Delay Value, PDV) между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети не превышает 575 битовых интервалов.
- Сокращение межкадрового расстояния (Interpacket Gap Shrinkage) при прохождении последовательности кадров через все повторители не более чем на 49 битовых интервалов (напомним, что при отправке кадров станция обеспечивает начальное межкадровое расстояние в 96 битовых интервалов).
Соблюдение этих требований обеспечивает корректность работы сети даже в случаях, когда нарушаются простые правила конфигурирования, определяющие максимальное количество повторителей и максимальную длину сегментов каждого типа.
Физический смысл ограничения задержки распространения сигнала по сети обеспечивает своевременное обнаружение коллизий.
Требование на минимальное межкадровое расстояние связано с тем, что при прохождении кадра через повторитель это расстояние уменьшается. Каждый пакет, принимаемый повторителем, ресинхронизируется для исключения дрожания сигналов, накопленного при прохождении последовательности импульсов по кабелю и через интерфейсные схемы. Процесс ресинхронизации обычно увеличивает длину преамбулы, что уменьшает межкадровый интервал. При прохождении кадров через несколько повторителей межкадровый интервал может уменьшиться настолько, что сетевым адаптерам в последнем сегменте не хватит времени на обработку предыдущего кадра, в результате чего кадр будет просто потерян. Поэтому не допускается суммарное уменьшение межкадрового интервала более чем на 49 битовых интервалов. Величину уменьшения межкадрового расстояния при переходе между соседними сегментами обычно называют в англоязычной литературе Segment Variability Value, SVV, а суммарную величину уменьшения межкадрового интервала при прохождении всех повторителей - Path Variability Value, PVV. Очевидно, что величина PVV равна сумме SVV всех сегментов, кроме последнего.
3.1 Расчет PDV
Рассчитаем PDV для сети Ethernet, изображенной на рисунке 6.1.
Левым сегментом называется сегмент, в котором начинается путь сигнала от выхода передатчика (выход Tx) конечного узла. Затем сигнал проходит через промежуточные сегменты и доходит до приемника (вход Rx) наиболее удаленного узла наиболее удаленного сегмента, который называется правым.
Рисунок 6.1 - сеть Ethernet, состоящая 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). 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. Так как левый и правый сегмент 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 раз - сегмент другого типа, а результатом считать максимальное значение PDV. В нашем сучае крайние сегменты сети принадлежат к одному типу - стандарту 10Base-T, поэтому двойной расчет не требуется
Общее значение PDV равно сумме базовых и переменных задержек всех сегментов сети. В соответствии с данными таблицы 1 рассчитаем значение PDV.
Левый сегмент 1: 15.3 + 130 м × 0.113 /м = 29,99
Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1015 × 0.1 = 135
Промежуточный сегмент 3: 24 + 523 × 0.1 = 76,3
Промежуточный сегмент 4: 24 + 524 × 0.1 = 74,4
Промежуточный сегмент 5: 24 + 612 × 0.1 = 85,2
Правый сегмент 6: 165 + 115 × 0.113 = 177,995
Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 578,885 .
Так как значение PDV больше максимально допустимой величины 575, то эта сеть не проходит по величине максимально возможной задержки оборота сигнала.
3.2 Расчет PVV
В соответствии с данными таблицы 2 рассчитаем значение PVV. Левый сегмент 1 10Base-T: дает сокращение в 10.5 битовых интервалов
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 PVV, равное 24.5, что меньше предельного значения в 49 битовых интервалов.
В результате расчетов установили, что в данной сети количество станций не превышает 1024, сокращение межкадрового расстояния при прохождении последовательности кадров через все повторители не превышает 49 битовых интервалов, но удвоенная задержка распространения сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети превышает 575 битовых интервалов. Следовательно, данная сеть не соответствует стандартам Ethernet, т.е. не является работоспособной.
Для того чтобы сеть стала работоспособной, нужно уменьшить длину некоторых её сегментов.
Примем длину сегмента 1и 6 равную 100 метрам, , а длину сегментов 3 и 4 – 510 метров. Произведем расчет удвоенной задержки распространения сигнала между двумя самыми удаленными друг от друга станциями сети.
Левый сегмент 1: 15.3 + 100 м × 0.113 /м = 26,6
Промежуточный сегмент 2: 33.5 + 1010 × 0.1 = 134,5
Промежуточный сегмент 3: 24 + 510 × 0.1 = 75
Промежуточный сегмент 4: 24 + 510 × 0.1 = 75
Промежуточный сегмент 5: 24 + 609 × 0.1 = 84,9
Правый сегмент 6: 165 + 100 × 0.113 = 176,3
Сумма всех составляющих дает значение PDV, равное 572.3, т.е. меньше максимально допустимой величины.
Данный вариант сети полностью соответствует стандартам Ethernet и является работоспособным.
4 РАСЧЕТ СЕТИ FAST ETHERNET
Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:

- Аппаратное обеспечение сетей Token Ring
- Аппаратное представление персонального компьютера
- Аппаратное проектирование локальной вычислительной сети
- Аппаратно-студийный комплекс областного телецентра
- Аппаратно-технологическая схема производства глюкозамина из хитина
- Аппаратно-технологическая схема производства протеолитических ферментов из внутренностей рыб
- Аппаратно-технологическая схема производства протеолитических ферментов из внутренностей рыб
- Аппарат для фильтрации сока I сатурации
- Аппарат (механизм) государства
- Аппарат (механизм) государства
- Аппарат (механизм) государства и принцип разделения властей
- Аппаратная и программная организация сервера
- Аппаратная реализация микроконтроллеров на базе нечёткой логики
- Аппаратная часть современного ПК: Дисковые устройства