Проектирование локальной сети организации
Кафедра
прикладной информатики
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
По дисциплине:
Вычислительные системы и сети телекоммуникаций
Тема: Проектирование
локальной сети организации
Выполнил
студент 1 курса 12 группы
Проверил:
Дата сдачи_________________
Дата защиты_______________
Оценка____________________
Ставрополь,2010
Содержание
Введение…………………………………………………………
Глава 1. Локальные вычислительные сети и их стандарты………………
- История Ethernet……………………………………………………….
.. - Стандарты
Ethernet……………………………………………………..
. - Базовая модель OSI (Open System Interconnection)…………………..
1.4 Физический уровень модели OSI………………………………………
Глава
2. Проектирование
локальной сети районного отдела организации
по обработке информации……………………………………………………
2.1 Выбор размера сети и ее структуры……………………………………
2.2 Оценка конфигурации сети……………………………………………..
2.3 Выбор необходимого оборудования…………………………………
Глава 3. Технико-экономический расчет…………………………..
3.1 Расчет приблизительной сметы по монтажу локальной сети районного отдела организации……………………………………………
Глава 4. Экология проекта………………………………..
4.1 Производственные факторы……………………………………..
4.2 Требования к экологии рабочего места…………………………
4.3 Требования безопасности перед началом работы………………
4.4 Требования безопасности во время работы……………………….
4.5 Требования безопасности по окончании работы………………
Заключение…………………………………
Список
литературы…………………….
Введение
На современном
этапе компьютеризации
Поэтому предметом нашего
Прежде всего необходимо определить само понятие «локальная сеть».
Что
такое локальная вычислительная
сеть?
Локальная вычислительная сеть (далее
ЛВС) - это сеть, объединяющая два или более
компьютеров, с целью совместного использования
их ресурсов: принтеров, файлов, папок,
дисков и т.д. Благодаря вычислительным
сетям мы получили возможность одновременного
использования программ и баз данных,
несколькими пользователями.
Понятие локальная вычислительная сеть
- ( англ. LAN - Loсal Area Network ) относится к географически
ограниченным ( территориально или производственно)
аппаратно-программным реализациям, в
которых несколько компьютерных систем
связаны друг с другом с помощью соответствующих
средств коммуникаций.
В производственной практики ЛВС играют
очень большую роль. Посредством ЛВС в
систему объединяются персональные компьютеры,
расположенные на многих удаленных рабочих
местах, которые используют совместно
оборудование, программные средства и
информацию. Рабочие места сотрудников
перестают быть изолированными и объединяются
в единую систему.
Назначение всех компьютерных сетей можно выразить двумя словами: совместный доступ (или совместное использование). Прежде всего имеется в виду совместный доступ к данным. Людям, работающим в этой организации , приходится постоянно использовать одни методы сбора данных, обрабатывать их при помощи одних программных продуктов и передавать полученную информацию на выше стоящий уровень.
Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Часто дешевле создать локальную сеть и установить один принтер на все подразделение, чем приобретать по принтеру для каждого рабочего места. Файловый сервер сети позволяет обеспечить совместный доступ к программам. Оборудование, программы и данные объединяют одним термином: ресурсы. Можно считать, что основное назначение локальной сети - доступ к ресурсам. У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело со множеством автономных компьютеров.
Целью нашего проектирования сети является изучение оптимального варианта локальной сети организации, в которой выявляются потоки информации, циркулирующие внутри организации, каналы по которым данная информация перемещается, степень критичности и чувствительности информации.
В ходе
выполнения курсового проекта была
разработана модель локальной сети
подразделения организации по сбору
и обработке информации.
1.Локальные вычислительные сети и их стандарты
При создании локальных сетей
чаще всего используется
1.1 История Ethernet
Днем рождения Ethernet можно считать 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали докладную записку, в которой описывалась экспериментальная сеть, построенная ими в Исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто. При рождении сеть получила имя Ethernet, базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с. В декабре того же года Меткалф опубликовал докторскую работу "Packet Communication" ("Пакетная связь"), а в июле 1976 г. Меткалф и Боггс выпустили совместный труд "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" ("Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей"). Таким образом, была создана теоретическая база для дальнейшего развития технологии. Ключевой фигурой в судьбе Ethernet становится Роберт Меткалф, который в 1979 г. для воплощения своих идей в жизнь создает собственную компанию 3Com, одновременно начиная работать консультантом в Digital Equipment Corporation (DEC). В DEC Меткалф получает задание на разработку сети, спецификации на которую не затрагивали бы патентов Xerox. Создается совместный проект Digital, Intel и Xerox, известный под названием DIX. Задачей консорциума DIX был перевод Ethernet из лабораторно-экспериментального состояния в технологию для построения новых систем, работающих с немалой на то время скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Таким образом, Ethernet превращался из разработки Xerox в открытую и доступную всем технологию, что оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта. В феврале 1980 г. результаты деятельности DIX были представлены в IEEE, где вскоре была сформирована группа 802 для работы над проектом. Ethernet закреплял свои позиции в качестве стандарта. Для успешного внедрения технологии важное значение сыграли дальнейшие шаги "родителей" Ethernet по взаимодействию с другими производителями чипов и аппаратного обеспечения - так, например, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходные тексты его программного обеспечения компаниям Advanced Micro Devices (AMD) и Mostek. В результате возможность производить совместимые чипсеты Ethernet получили и другие компании, что сказалось на качестве железа и снижении его стоимости. В марте 1981 г. 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 г. - первый Ethernet-адаптер для ПК. После выхода первых изделий, в июне 1983 г. IEEE утвердил стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался "толстый" коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Такая реализация оказалась дорогостоящей. Дешевой альтернативой с применением менее дорогого и более тонкого коаксиального кабеля, стал 10Base2 или ThinNet. Станции уже не требовали отдельных трансиверов для подключения к кабелю. В такой конфигурации Ehternet начал победное шествие по просторам экс-СССР. Главными его преимуществами была простота развертывания и минимальное количество активного сетевого оборудования. Сразу же определились и недостатки. На время подключения новых станций приходилось останавливать работу всей сети. Для выхода сети из строя достаточно было обрыва кабеля в одном месте, поэтому эксплуатация кабельной системы требовала от технического персонала проявлений прикладного героизма. Следующим шагом развития Ethernet стала разработка стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair - UTP). В 10Base-T использовалась топологии "звезда", в которой каждая станция соединялась с центральным концентратором (hub). Такой вариант реализации устранял необходимость прерывания работы сети на время подключения новых станций и позволял локализовать поиск обрывов проводки до одной линии концентратор-станция. Производители получили возможность встраивать в концентраторы средства мониторинга и управления сетью. В сентябре 1990 г. IEEE утверждает стандарт 10Base-T.
1.2 Стандарты
Ethernet
Ethernet 10Base5
Спецификация Ethernet 10Base5 предусматривает выполнение следующих условий:
- Среда передачи - "толстый" около 12 мм в диаметре коаксиальный кабель (RG-8 или RG-11) с волновым сопротивлением 50 Ом.
- Длина кабеля между соседними станциями не менее 2,5 м.
- Максимальная длина сегмента сети не более 500 метров.
- Общая длина всех кабелей в сегментах не более 2,500 метров.
- Общее число узлов на один сегмент сети не более 100.
- Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых должен быть заземлен.
- Ответвительные кабели могут быть сколь угодно короткими, но расстояние от трансивера до адаптера не более 50 метров.
- В идеальном случае расстояние между соседними станциями должно быть кратно 2,5 м. Некоторые кабели имеют соответствующую маркировку через каждые 2,5 м для облегчения соблюдения этого условия.
Наибольшее распространение получило подключение трансивера к кабелю при помощи разъемов, имеющих веселенькое название "вампиры" (это из-за того, что при подключении разъем прокалывает кабель до центральной жилы). Подключение производится без остановки работы сети, в отличие от подключения через N-коннектор. Кабели в сегменте должны браться с одной катушки кабеля, что обеспечивает одинаковые электрические параметры всех подключаемых отрезков.
В трансивере находится активный приемо-передатчик с детектором коллизий и высоковольтным (1-5 кВ) разделительным трансформатором, питание обеспечивается от AUI-порта адаптера.
Основные преимущества 10Base5: большая длина сегмента, хорошая помехозащищенность кабеля и высокое напряжение изоляции трансивера. Благодаря этим качествам "толстый" Ethernet чаще всего применялся для прокладки базовых сегментов (Backbone). Сейчас этот стандарт практически полностью вытеснен более дешевыми и производительными реализациями Ethernet.
Ethernet 10Base2
Ограничения по спецификации Ethernet 10Base2:
- Среда передачи - "тонкий" (около 6 мм в диаметре) коаксиальный кабель (RG-58 различных модификаций) с волновым сопротивлением 50 Ом.
- Длина кабеля между соседними станциями не менее 0,5 м.
- Максимальная длина сегмента сети не более 185 метров.
- Общая длина всех кабелей в сегментах (соединенных через повторители) не более 925 метров.
- Общее число узлов на один сегмент сети не более 30 (включая повторители).
- Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых заземляется.
- Ответвления от сегмента недопустимы.
Сеть Ethernet 10Base2 часто называют "тонкой Ethernet" или Thinnet из-за применяемого кабеля. Это одна из самых простых в установке и дешевых типов сетей. Топология сети - общая шина. Кабель прокладывается вдоль маршрута, где размещены рабочие станции, которые подключаются к сегменту при помощи Т-коннекторов. Отрезки сети, соединяющие соседние станции, подключаются к T-коннекторам при помощи BNC-разъемов. Для соединения двух отрезков кабеля применяются I-коннекторы. В сети не более 1024 станций. Сейчас 10base2 применяется в "домашних" сетях.
Правила построения сетей, использующих физическую топологию "общая шина".
В этом случае действует правило 5-4-3, т.е.:
- не более чем 5 сегментов сети
- могут быть объединены не более чем 4-мя повторителями
- при этом станции могут быть подключены не более чем к 3-м сегментам, остальные 2 могут быть использованы для увеличения общей длины сети.
Ethernet 10Base-T
Соответствует
стандарту IEEE 802.3i, принятому в 1991 г.
Ограничения спецификации Ethernet 10Base-T:
- Среда передачи - неэкранированный кабель на основе витой пары (UTP - Unshielded Twisted Pair) категории 3 и выше. При этом задействуются 2 пары - одна на прием, вторая на передачу.
- Физическая топология "звезда".
- Длина кабеля между станцией и концентратором не более 100 м.
- Максимальный диаметр сети не более 500 метров.
- Количество станций в сети не более 1024.
В сети 10Base-Т термин "сегмент" применяют к соединению станция-концентратор. Дополнительные расходы в 10Base2, связанные с необходимостью наличия концентратора и большим количеством кабеля, компенсируются большей надежностью и удобством эксплуатации. Индикаторы, присутствующие даже на самых простых концентраторах, позволяют быстро найти неисправный кабель. Управляемые модели концентраторов способны осуществлять мониторинг и управление сетью. Совместимость кабельной системы со стандартами Fast Ethernet увеличивает пропускную способность без изменения кабельных систем. Для оконцовки кабеля применяются восьмиконтактные разъемы и розетки RJ-45.
Ethernet 10Base-F
Среда
передачи данных стандарта 10Base-F - оптоволокно.
В стандарте повторяется
Существует несколько разновидностей 10Base-F. Первым стандартом для использования оптоволокна в сетях Ethernet был FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link). Ограничение длины оптоволоконных линий между повторителями 1 км при общей длине сети не более 2.5 км . Максимальное число повторителей - 4.
В стандарте 10Base-FL, предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км (!).
Существует также стандарт 10Base-FB, предназначенный для магистрального соединения повторителей. Ограничение на длину сегмента - 2 км при общей длине сети 2,74 км. Количество повторителей - до 5. Характерной особенностью 10Base-FB является способность повторителей обнаруживать отказы основных портов и переходить на резервные за счет обмена специальными сигналами, которые отличаются от сигналов передачи данных.
Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.
Оконцовка
оптоволоконных кабелей представляет
собой существенно более
Отдельная проблема - соединение оптических волокон. Надежное и долговечное соединение достигается сваркой волокон, что требует специального оборудования и навыков.
Область применения оптоволокна в сетях Ethernet - это магистральные каналы, соединения между зданиями, а также те случаи, когда применение медных кабелей невозможно из-за больших расстояний или сильных электромагнитных помех на участке прокладки кабеля. На сегодняшний день стандарт 10Base-F вытесняется более скоростными стандартами Ethernet на оптоволоконном кабеле.
Правила построения сетей, использующих физическую топологию "звезда"
Правило 5-4-3 можно интерпретировать в этом случае следующим образом:
- каскадно могут объединяться не более чем 4 концентратора;
- "дерево" каскадируемых концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы между двумя любыми станциями в сети было не более чем 4 концентратора;
В смешанных сетях могут быть исключения из этого правила - например, если один из хабов поддерживает не только витую пару, но и оптоволоконный кабель, то допустимое число каскадируемых концентраторов увеличивается до 5.
1.3
Базовая модель OSI (Open System Interconnection)
Все
ЛВС работают в одном стандарте
принятом для компьютерных сетей - в
стандарте Open Systems Interconnection (OSI).
Для того чтобы взаимодействовать, люди
используют общий язык. Если они не могут
разговаривать друг с другом непосредственно,
они применяют соответствующие вспомогательные
средства для передачи сообщений.
Показанные выше стадии необходимы, когда
сообщение передается от отправителя
к получателю.
Для того чтобы привести в движение процесс
передачи данных, использовали машины
с одинаковым кодированием данных и связанные
одна с другой. Для единого представления
данных в линиях связи, по которым передается
информация, сформирована Международная
организация по стандартизации (англ.
ISO - International Standards Organization).
ISO предназначена для разработки модели
международного коммуникационного протокола,
в рамках которой можно разрабатывать
международные стандарты. Для наглядного
пояснения расчленим ее на семь уровней.
Международная организация по стандартизации
(ISO) разработала базовую модель взаимодействия
открытых систем (англ. Open Systems Interconnection
(OSI)). Эта модель является международным
стандартом для передачи данных.
Модель содержит семь
отдельных уровней:
Уровень 1: физический - битовые протоколы
передачи информации;
Уровень 2: канальный - формирование кадров,
управление доступом к среде;
Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление
потоками данных;
Уровень 4: транспортный - обеспечение
взаимодействия удаленных процессов;
Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога
между удаленными процессами;
Уровень 6: представление данных - интерпретация
передаваемых данных;
Уровень 7: прикладной - пользовательское
управление данными.
Основная идея этой модели заключается
в том, что каждому уровню отводится конкретная
роль, в том числе и транспортной среде.
Благодаря этому общая задача передачи
данных расчленяется на отдельные легко
обозримые задачи. Необходимые соглашения
для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными
называют протоколом.
Так как пользователи нуждаются в эффективном
управлении, система вычислительной сети
представляется как комплексное строение,
которое координирует взаимодействие
задач пользователей.
С учетом вышеизложенного можно вывести
следующую уровневую модель с административными
функциями, выполняющимися в пользовательском
прикладном уровне.
Отдельные уровни базовой модели проходят
в направлении вниз от источника данных
(от уровня 7 к уровню 1) и в направлении
вверх от приемника данных (от уровня 1
к уровню 7). Пользовательские данные передаются
в нижерасположенный уровень вместе со
специфическим для уровня заголовком
до тех пор, пока не будет достигнут последний
уровень.
На приемной стороне поступающие данные
анализируются и, по мере надобности, передаются
далее в вышерасположенный уровень, пока
информация не будет передана в пользовательский
прикладной уровень.
1.4
Физический уровень
модели OSI.
Назначение,
функции и услуги физического
уровня модели ISO/OSI.
Физический уровень обеспечивает передачу
битовых потоков без каких-либо изменений
между логическими объектами уровня звена
данных по физическим соединениям.
На данном уровне определяются базовые
механизмы кодирования и декодирования
данных в физическом носителе.
На физическом уровне специфицируются
носители, но не сама среда. Среда, согласно
эталонной модели, рассматривается как
нечто, лежащее ниже физического уровня.
Битовый поток в носителе должен быть
независим от среды.
Услуги, предоставляемые канальному уровню:
физические соединения;
· физические сервисные блоки данных;
· физические оконечные пункты соединения;
· идентификация канала данных;
· упорядочение;
· оповещение об ошибках;
· параметры качества услуг.
· Функции, выполняемые на физическом уровне:
· активизация и деактивизация физического соединения;
· передача физических сервисных блоков данных;
· административное управление физическим уровнем.
Кабельные каналы связи
Кабельные каналы для целей телекоммуникаций
исторически использовались первыми.
Да и сегодня по суммарной длине
они превосходят даже спутниковые
каналы. Основную долю этих каналов, насчитывающих
многие сотни тысяч километров, составляют
телефонные медные кабели. Эти кабели
содержат десятки или даже сотни скрученных
пар проводов. Полоса пропускания таких
кабелей обычно составляет 3-3,5 кГц при
длине 2-10 км. Эта полоса диктовалась ранее
нуждами аналогового голосового обмена
в рамках коммутируемой телефонной сети.
C учетом возрастающих требованиям к широкополосности
каналов витые пары проводов пытались
заменить коаксиальными кабелями, которые
имеют полосу от 100 до 500 МГц (до 1 Гбит/с),
и даже полыми волноводами. Именно коаксиальные
кабели стали в начале транспортной средой
локальных сетей ЭВМ (10base-5 и 10base-2)
Рис. 1: Схематичное изображение коаксиального кабеля: 1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 - проводник-экран; внешний изолятор
Коаксиальная система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). Если экран кабеля соединен с землей на обоих концах, то при наличии источника наводок по экрану будет протекать переменный ток наводки.
В результате
наводка сложится с входным сигналом.
При определенных обстоятельствах
это может даже привести к выходу
из строя сетевого оборудования. Именно
это является причиной требования заземления
кабеля локальной сети только в одной
точке. Наибольшее распространение получили
кабели с волновым сопротивлением 50 ом.
Это связано с тем, что эти кабели из-за
относительно толстой центральной жилы
характеризуются минимальным ослаблением
сигнала.
Коаксиальный кабель с полосой пропускания
500 МГц при ограниченной длине может обеспечить
скорость передачи несколько Гбит/сек.
Предельные расстояния, для которых может
быть применен коаксиальный кабель составляет
10-15 км.
Но по мере развития технологии скрученные
пары смогли вытеснить из этой области
коаксиальные кабели. Это произошло, когда
полоса пропускания скрученных пар достигла
200-350 МГц при длине 100м (неэкранированные
и экранированные скрученные пары категории
5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись.
Витые пары проводников позволяют использовать
биполярные приемники, что делает систему
менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными
кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей
причиной вытеснения коаксиальных кабелей
явилась относительная дешевизна скрученных
пар. Скрученные пары бывают одинарными,
объединенными в многопарный кабель или
оформленными в виде плоского ленточного
кабеля. Применение проводов сети переменного
тока для локальных сетей и передачи данных
допустимо для весьма ограниченных расстояний.
В таблице, представленной ниже приведены
характеристики каналов, базирующихся
на обычном и широкополосном коаксиальном
кабелях.
| Стандартный кабель | Широкополосный | |
| Максимальная длина канала | 2 км | 10 - 15 км |
| Скорость передачи данных | 1 - 50 Мбит/с | 100 - 140 Мбит/с |
| Режим передачи | полудуплекс | дуплекс |
| Ослабление влияния электромагнитных и радиочастотных наводок | 50 дБ | 85 дБ |
| Число подключений | <50 устройств | 1500 каналов с одним или более устройств на канал |
| Доступ к каналу | CSMA/CD | FDM/FSK |
Витая пара
Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для локальных сетей.
Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя 8P8C. 8P8C зачастую ошибочно называется RJ45 (иногда данное обозначение записывается через дефис как RJ-45). На самом деле, настоящий RJ45 физически несовместим с 8P8C, так как использует схему 8P2C с ключом. Ошибочное употребление термина RJ45 вызвано, скорее всего, тем, что настоящий RJ45 не получил широкого применения, а также их внешним сходством. В свою очередь, 8P8C (8 Position 8 Contact) — это унифицированный разъём, который используется в телекоммуникациях и имеет 8 контактов и защёлку, немного больший, чем телефонный соединитель RJ11.
В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:
- незащищенная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair) — отсутствует защитный экран вокруг отдельной пары;
- фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair) — также известна как F/UTP (см.: Screened Shielded Twisted Pair (S/STP)), присутствует один общий внешний экран в виде фольги;
- защищенная витая пара (STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;
- фольгированная экранированная витая пара (S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;
- незащищенная экранированная витая пара (SF/UTP — Screened Foiled Unshielded twisted pair) — двойной внешний экран из медной оплетки и фольги, каждая витая пара без защиты.