Модернизация локально-вычислительной сети отдела образования администрации МО «Матвеевский район» беспроводных линий связи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий

Кафедра вычислительной техники

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «высокопроизводительные вычислительные системы»

Модернизация локально-вычислительной сети отдела образования администрации МО «Матвеевский район» беспроводных линий связи.

ГОУ ОГУ 230101.5109.05 ПЗ

                                                      Руководитель проекта

_________________ Аралбаев Т. З.

"_____"__________________2011г.

                                        Исполнитель

                                                      студент гр. З-06 ВМК

__________________Ильин А. Н.

"_____"__________________2011г.

Оренбург 2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий

Кафедра вычислительной техники

Задание на курсовой проект

«Модернизация ЛВС отдела образования администрации МО Матвеевский район на основе беспроводных линий связи».

Дата выдачи задания "_____"_______________200__г.

Руководитель                                                          Аралбаев Т. З.

Исполнитель

студент группы з06 ВМК                               Ильин А. Н.

Срок защиты проекта  "_____"______________200__г.

Содержание

Введение              4

1 Тема дипломного проекта……………………………………………………...4

2 Актуальность темы……………………………………………………………..4

3 Анализ существующих аппаратных и программных средств построения современных ЛВС…………………………………………………………………..6

3.1 Технология Ethernet………………………………………………………….6

3.1.1 Спецификации Ethernet…………………………………………………….8

3.1.2 Спецификации Ethernet работающих со скоростью 10Мбит/с………….8

3.1.3 Спецификации Ethernet работающих со скоростью 100Мбит/с…………9

3.1.4 Спецификации технологии Gigabit Ethernet……………………………..10

3.1.5 Спецификации технологии 10Гбит/с…………………………………….11

3.2 Технология Token Ring………………………………………………….….12

3.3 Технология FDDI………………………………………………………..…..12

3.4Технология WI-FI………………………………………………………..…..14

3.5 Технология WiMAX………………………………………………………..15

4 Цель дипломного проекта……………………………………………………17

5 Задачи дипломного проекта………………………………………………….17

Список используемых источников……………………………………………18

Приложение А. Функциональная схема ……………………………………...19

Приложение Б. Функциональная схема………………………………………..20

Введение

В настоящее время локальная вычислительная сеть (ЛВС) стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более 1 компьютера.

Локальная вычислительная сеть 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.

1 Тема дипломного проекта

«Модернизация ЛВС отдела образования администрации МО Матвеевский район на основе беспроводных линий связи».

2 Актуальность темы

В селе Матвеевка Оренбургской области в зданиях: МОУ Матвеевская СОШ, отделу образования МО Матвеевский район и администрации МО «Матвеевский район» необходимо организовать ЛВС для информационного взаимодействия.

МОУ Матвеевская СОШ -двухэтажное здание в котором находятся 52 компьютера объдиненных в одну ЛВС по технологии Ethernet  на основе сервера. Сеть  организованна на основе витой  пары 3 категории, работает со скоростью 10Мбит/с.

Отдел образования МО Матвеевский район –двухэтажное здание  в котором установлены 31 ПК.  20 компьютеров соединенны между собой в  локально-вычислительную сеть по технологии Ethernet  с выделенным сервером. Сеть  организована посредством витой  пары 3 категории, работает со скоростью 10 Мбит/с.

В здании администрации МО «Матвеевский район» имеется 48 персональных компьютера под управлением сервера,  соединеных в ЛВС посредством витой пары 5 категории и функционирующая со скоростью 100 Мбит/с.

Низкая скорость работы ЛВС в здании отдела образования замедляет обмен данными  между ПК и программными комплексами  как внутри сети, так и между ними.

Так в МОУ «Матвеевская СОШ» установлен комплекс «Электронная учительская» на платформе 1С Хронограф Школа ПРОФ 2.5. В данной программе ведется вся электронная  документация  школы (приказы , учебные планы учителей, электронные журналы и т. д.). Много данных необходимо передавать в режиме реального времени на программый комплекс «1С Управление образованием»,  что расположен в здании отдела образования для контроля специалистами и формировании отчетов для министерства образования  и администрации МО  «Матвеевский район».

Обработка данных и хранение данных ведется на распределенных базах данных под управлением сервера на платформе Windows Server 2003. Так как не все ПК объеденены в ЛВС процесс обработки  и формирования отчетов занимает  длительное время,  что вызывает постоянные нарекания со стороны специалистов и бухгалтерии отдела образования.

Бухгалтерия отдела образования приобрела программный продукт 1С Бухгалтерия бюджетного учреждения версии 8.1. Данная программа требовательна к скорости обмена данными по ЛВС.

На данный момент обмен информацией между зданиями МОУ Матвеевская СОШ, отдела образования МО Матвеевский район и администрации МО «Матвеевский район» осуществляется через Интернет.

Передача данных по каналам связи небезопасна и не соответствует ФЗ № 152 «О защите персональных данных», так как они не имеют достаточной защиты от кражи  персональных данных.

Всвязи с этим перед руководством отдела образованием и администрацией МО «Матвеевский район» встала задача:

- модернизации ЛВС с целью увеличения пропускной способности до 100 Мбит/с в зданиях МОУ Матвеевская СОШ и отдела образования МО Матвеевский район;

-  объеденить здания МОУ Матвеевская СОШ, отдела образования МО Матвеевский район и администрации МО «Матвеевский район» в ЛВС для информационного взаимодействия.

3 Анализ существующих аппаратных и программных средств построения современных ЛВС

Сеть - это совокупность компьюте­ров и других сетевых устройств, объединенных между собой средой пе­редачи данных и коммуникационным оборудованием. При этом в качестве среды передачи могут использовать как провода и кабели различного типа (проводные технологии), так и радио­эфир (беспроводные технологии).[10]

                          Сетевые технологии

      проводные                                                      беспровдные

Ethernet                  Token Ring              WI-FI              WIMAX

              FDDI                                                               Radio Ethernet

Рисунок 1- Схема технологий построения сетей

3.1 Технология Ethernet

Ethernet-пакетная технология компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI.

Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring. [1]

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать кабель витая пара и кабель оптический. Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных.

Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100).

Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов. В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.Топологии используемые этой технологией – Шина. [3]

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор).

Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи.

Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.  [6]

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно). В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.  Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении. Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. [7]

В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать.

К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило,  в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.[2]

3.1.1 Спецификации Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов спецификации, работающих со скоростью 10 Мбит/с, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с.

Технологии работающие со скоростью 10Мбит/с бывают:

-  10BASE5, IEEE 802.3 (называемый также «Толстый Ethernet») - первоначальная разработка технологии со скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель, с волновым сопротивлением 50 Ом (RG-8), с максимальной длиной сегмента 500 метров.

- 10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet») - используется кабель RG-58, с максимальной длиной сегмента 200 метров, компьютеры присоединялись один к другому, для подключения кабеля к сетевой карте нужен T-коннектор, а на кабеле должен быть BNC-коннектор. Требуется наличие терминаторов на каждом конце. Многие годы этот стандарт был основным для технологии Ethernet.[3]

-10BASE-T, IEEE 802.3i - для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров.

-10BASE-F, IEEE 802.3j - Основной термин для обозначения семейства 10 Mбит/с ethernet-стандартов использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP. [14]

Из перечисленного только 10BASE-FL получил широкое распространение.

Общие характеристики сети Ethernet работающих со скоростью 10 Мбит/с приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристики стандартов Ethernet [11]

Спецификация технологий работающих со скоростью 100 Мбит/с (Fast Ethernet):

- 100BASE-T - используется в качестве среды передачи данных витая пара. Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4.

     - 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-TX, IEEE 802.3u  строится по топологии звезда, задействован кабель витая пара категории  5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

- 100BASE-FX - 100 Мбит/с Еthernet 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.[15]

Общие характеристики стандартов Fast Ethernet приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Сводная таблица характеристик стандартов Fast Ethernet[12]

Спецификации технологии Gigabit Ethernet.

Стандарт Gigabit Ethernet совместим со стандартами Ethernet и Fast Ethernet. Сохраняются все форматы кадров Ethernet. Существует как полудуплексная версия стандарта, поддерживающая CSMA/CD, так и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами. При скорости 1000Мбит/с диаметр сети в полудуплексном режиме сократится до 25м. Для увеличения максимального диаметра сети Gigabit Ethernet в полудуплексном режиме до 200м интервал отсрочки был увеличен до 4096 битовых интервалов (512 байт). Каскадное соединение повторителей в Gigabit Ethernet не допускается.[7]

Выделяют следующие спецификации:

-1000Base-T. В качестве среды передачи данных используется UTP категории не ниже 5e. При этом осуществляется встречная передача по всем четырём парам со скоростью 125Мбит/с, что в совокупности позволяет достичь полосы пропускания 1Гбит/с. Максимальная длина физического сегмента 100м.

-1000Base-TX.В качестве среды передачи используется UTP категории не ниже 6. Используются 4 пары, 2 пары на приём, 2 пары на передачу. По каждой паре данные передаются со скоростью 500Мбит/с. Максимальная длина физического сегмента 100м. Поддерживается полнодуплексный режим.

-1000Base-SX. В качестве среды передачи данных используется 50/125 и 62.5/125мкм многомодовое оптоволокно. Максимальная длина физического сегмента составляет 275м и 500м соответственно. Поддерживается полнодуплексный режим.

-1000Base-LX. В качестве среды передачи данных используется 10/125мкм одномодовое оптоволокно, максимальная длина физического сегмента 5 км. Также может использоваться 50/125 мкм и 62.5/125 мкм многомодовое оптоволокно, в этом случае максимальная длина физического сегмента составляет 550м. Поддерживается полнодуплексный режим.

-1000Base-ZX. В качестве среды передачи данных используется одномодовое оптоволокно. Позволяет осуществить передачу данных на расстояние до 80км. Поддерживается полнодуплексный режим.[5]

Общие характеристики сети Gigabit Ethernet приведены в таблице 3.

Таблица 3-Сводная таблица характеристик стандартов Gigabit Ethernet работающих со скоростью 1000 Мбит/с[5]

Спецификации технологии 10Гбит/с - 10GbE

Сети 10GbE рассматриваются как решение для построения не только локальных, а также городских и глобальных сетей. Длина физических сегментов до 40км. Технология разрабатывалась с учётом последующей интеграции с сетями SONET/SDH.  Форматы фреймов не изменяются, что обеспечивает совместимость с Ethernet, Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. 10GbE поддерживает только полнодуплексный режим.[3]

Выделяют следующие спецификации:

- 10GBASE-SR. Предназначена для использования в многомодовой кабельной инфраструктуре. Максимальная длина физического сегмента составляет 82 м.

- 10GBASE-LX4. Использует WDM для передачи данных по оптоволокну. Позволяет использовать многомодовое оптоволокно, в этом случае максимальная длина физического сегмента 240-300м. При использовании одномодового оптоволокна максимальная длина физического сегмента составляет 10км.

- 10GBASE-LR и 10GBASE-ER. В качестве среды передачи данных используется одномодовое оптоволокно. Максимальная длина физического сегмента 10км и 40км соответственно.

- 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, и 10GBASE-EW. Обобщённое обозначение 10GBASE-W. Стандарты разработаны с учётом совместимости с технологией SONET/SDH. Работают на скорости OC-192.

- 10GBASE-T.Позволяет передавать данные по витой медной паре со скоростью 10 Гбит/с. В витых парах CAT 7 и CAT 6a доступно расстояние до 100 м. UTP CAT 7 предполагает использование разъёмов RF-45, не совместимых с RJ-45. UTP CAT 6 можно использовать на расстоянии от 55 до 100 м. В специальном режиме возможно использование UTP CAT 5e на дистанции до 45 м.[15]

3.2 Технология Token Ring

Сети Token Ring (802.5) работают на двух скоростях: 4 и 16 Мбит/с и могут использовать в качестве физической среды экранированную витую пару, неэкранированную витую пару, а также волоконно-оптический кабель.

Максимальное количество станций в кольце – 260, а максимальная длина кольца – 4 км. Максимальное расстояние между узлами  – 100 метров.

Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец. В отличие от Ethernet, где используется метод доступа к среде CSMA/ CD, в сетях Token Ring используется маркерный метод доступа, который заключается в следующем:

- компьютер имеет право передавать информацию, если он получил

маркер - разрешение на передачу;

           -один и только один компьютер в определенный момент времени имеет право на передачу информации;

-маркер передается по кругу (кольцу) - отсюда и название технологии (Token - маркер, Ring - кольцо).

Данный метод исключает возможность возникновения коллизии - ни одна станция не будет пытаться получить доступ к среде без маркера.[1]

3.3 Технология FDDI

Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный кабель. 

Стандарт ANSI X3T9.5.Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам.

Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI: для обеих характерны кольцевая топология и маркерный метод доступа.Технология FDDI является наиболее отказоустойчивой технологией локальных сетей. При однократных отказах кабельной системы или станции сеть, за счет «сворачивания» двойного кольца в одинарное, остается вполне работоспособной.[4]

Основные характеристики проводных технологий представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Основные характеристики проводных технологий[10]