Міністерство  освіти І науки  України

національний  університет “Львівська політехніка”

                                                                                                        Кафедра ЕОМ 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни «Комп’ютерні мережі»

«Проектування локальної комп’ютерної мережі Ethernet за   

                    допомогою стандарту 10Base-TX» 
 
 
 

Виконав:

ст. гр. КІ-34

Васильєв  Д.С.

                                                                      Прийняв:

Андрух  А.А. 

 Львів-2010

                                                    АНОТАЦІЯ

      У ході курсової роботи необхідно побудувати локальну комп’ютерну мережу у двоповерховій будівлі з десятьма робочими станціями на кожному з поверхів. Також мають бути задіяні три додаткові робочі станції та хоча б один пристрій з’єднання (комутатор, концентратор тощо).

      Задача  розбивається на декілька підзадач. По-перше, необхідно намалювати план-схему  будівлі з відображенням на ній  робочих станцій, прокладених кабелів  та пристроїів з’єднання. Мережа має бути побудована за усіма правилами щодо поточного стандарту. Вже тут ми робимо вибір пристрою з’єднання - комутатора. По-перше тому, що їх застосування не заборонене поточним стандартом, а по-друге – для забеспечення однакової виділеної швидкості передавання для кожного з каналів, що виходять з комутатора.

      Другою  підзадачею є розрахування принципової працездатності мережі. Тут ведуться розрахунки щодо шляхових затримок (PDV) та чи відповідають вони допустимим нормам.

      Третя підзадача – вибір моделей мережного обладнання з урахуванням вимог, які ми ставимо до функціонування мережі, та допустимою ціною.

     Кінцевою  підзадачею є розрахування вартості побудованої нами мережі шляхом суми вартостей усіх мережних матеріалів та мережного обладнання, не враховуючи вартості робочих станцій, бо вони не входять до складу мережного обладнання, вирішення питання вигідності такої побудови мережі та доцільності витрати коштів. 

    ЗМІСТ

1. Вступ                                                                                             4

2. Вихідні дані на проектування                                                      5

3. Теоретична  частина                                                                       6

4. Опис проекту  мережі                                                                   29

5. Обрахунки працездатності мережі                                             35

6. Висновки                                                                                       39

7. Список  використаної літератури                                                39

ВСТУП

     Галузі  комп’ютерної промисловості не можуть бути досконалими. Конкуренція та постійне виникнення різного роду проблем змушує до розвитку комп’ютерних пристроїв та технологій. Галузь комп’ютерних мереж не є виключенням.

     Що  таке комп’ютерна мережа? Комп’ютерна мережа – це така комунікаційна система, що забеспечує мережним робочим станціям обмін інформацією, розділ доступу та спільне використання ресурсів комп’ютерів, а також під’єднаної до них периферії. Постійний розвиток комп’ютерної промисловості призводить до підвищених вимог до ефективності роботи комп’ютерних мереж.

     Локальні  мережі – LAN (Local Area Network) є елементами більш масштабних утворень: CAN (Campus Area Network) – так звана кампусна або корпоративна мережа, що поєднує локальні мережі порівняно недалеко розташованих будинків, MAN (Metropolian Area Network) – мережа міського масштабу, WAN (Wide Area Netrowk) – широкомасштабна мережа регіону, GAN (Global Area network) – глобальна мережа, наприклад «мережа мереж» Internet.

     У побудові локальної комп’ютерної мережі застосовують різні види кабельних систем, мережні карти, повторювачі та хаби, мости та комутатори, шлюзи, а також пристрої модуляції/демодуляції інформаційного сигналу – модеми. Тому є і багато різних варіантів побудови локальної мережі. При побудові локальної мережі важливо правильно обрати мережну операційну систему та стандарт для побудови мережі, зважаючи на усі вимоги, фактори впливу, умови та вихідні дані для проектування мережі.

2. ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ

      При проектуванні локальної мережі слід дотримуватися завдання, яке розміщуеться в таблиці:  

      Спроектована  локальна мережа повинна задовільняти цим умовам, а також умовам, що є специфічними для стандартів 10Base-ТХ. 

                                  . 
 
 

3. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ 

     Вибір типу мережі залежить від багатьох факторів: масштабів  підприємства, необхідного рівня  безпеки, виду діяльності організації, рівня адміністративної підтримки, обсягу мережного трафіку, потреб мережних користувачів, фінансових витрат та ін. І навіть після розробки варіантів мереж, які  відповідають конкретними вимогам, необхідно зробити вибір між ними, давши об'єктивну оцінку за багатьма критеріями.

3.1. Основні елементи LAN-технологій

    Мережна топологія — опис конфігурації мережі, схема розміщення і з‘єднання мережевих пристроїв (архітектура мережі).

Топологія „загальна шина”

     Топологія типу шина, являє собою головний кабель (називається шина або магістраль), до якого під‘єднані всі робочі станції. На кінцях кабеля знаходяться термінатори, для запобігання поверненню сигналу. 

   Наявність термінаторів для мереж Ethernet обов’язкова. За такою топологією будуються 10 Мегабітні мережі Ethernet (10Base-2 і 10Base-5). Як правило використовуються коаксіальні кабелі.

Сигнал, що відправляється з робочої станції  розповсюджується на всі комп’ютери мережі. Кожна машина перевіряє –  кому адресовано сигнал і якщо їй, то обробляє його. Для уникнення одночасної відправки даних застосовується або „несучий” сигнал або один з комп’ютерів є головним і „дає слово” решті станцій.

    При побудові великих мереж виникає проблема обмеження на довжину зв’язку між вузлами, в такому випадку мережу розбивають на сигменти. Сигменти з’єднуються різними пристроями – повторювачами, концентраторами або хабами. Наприклад, технологія Ethernet дозволяє використовувати кабель довжиною не більше 185 метрів.

Переваги  :

• Малі затрати часу на встановлення;
• Малі грошові витрати(необхідно менше кабеля і мережевих пристроїв);
• Легкість настройки;
• Вихід з ладу робочої станції не відбивається на роботі мережі.
• Недоліки :
• Будь-які несправності в мережі, такі як обрив кабеля, поламка термінатора повністю знищують роботу усієї мережі;
• Складна локалізація несправностей;
• З додаванням нових робочих станцій падає продуктивність мережі.

                                              Топологія “зірка”

     Зірка — базова топологія комп’ютерної мережі, в якій всі комп’ютери мережі приєднані до центрального вузла ( зазвичай мережевий концентратор). Одна з найбільш використовуваних топологій, оскільки легка в обслуговуванні.В основному використовується в мережах, де носієм виступає кабель „вита пара”. 
 

       В цьому випадку кожний комп'ютер ( або інший пристрій ) підключається окремим кабелем до окремого порту спеціального мережного пристрою, що утворює центр “зірки”, яким може бути концентратор (Hub), повторювач (Repeater),  комутатор (Switch)  або   міст (Bridge).

       Центр “зірки” може бути як активними, так і пасивними. Якщо між підключеним до мережі пристроєм і , наприклад, концентратором відбувається розрив з'єднання, то вся інша мережа продовжує працювати.

      Робоча станція, якій треба відправити дані, відправляє їх на концентратор, а той визначає адресата і відправляє йому інформацію. В певний момент часу тільки одна машина в мережі може пересилати дані, якщо на концентратор одночасно приходять два пакети, то вони обидва не приймаються і відправник чекатиме випадковий проміжок часу щоб відновити передачу даних.

     Як передаюче середовище використовуються скручена пара та оптоволоконні кабелі.

Переваги  :

• Вихід з ладу однієї робочої станції не відображається на роботі всієї мережі в цілому;
• Добра маштабність мережі;
• Легкий пошук несправностей і обривів в мережі;
• Висока продуктивність мережі
• Гнучкі можливості адміністрування.
• Недоліки:
• Вихід з ладу центрального концентратора призведе до непрацездатності мережі в цілому;
• Для прокладання мережі доволі часто необхідно більше кабеля ніж для більшості інших топологій;
• Кінцева кількість робочих станцій (користувачів) обмежена кількістю портів в концентраторі.

       В теперішній час 100 і 1000 Мбітні мережі Ethernet будуються переважно за топологією "зірка". 

Топологія “кільце”

   Кільце — базова топологія компьютерної мережі, в якій робочі станції (комп’ютери) під’єднані послідовно один до одного, утворюючи замкнену мережу.

       В якості передаючого середовища  в мережі можуть використовуватись всі існуючі види кабелів, але переважно скручена пара або оптоволокно.

В кільці не використовується конкурентний метод  відправлення даних, комп’ютер в  мережі отримує дані від „сусіда” і перенаправляє їх далі, якщо вони адресовані не йому.Для визначення того, кому треба передавати дані зазвичай використовують маркер.Дані ходять по колу тільки в одному напрямі.

Переваги:

• Легкість  установки;

• Практично повна відсутність додаткового  обладнання;

• Можливість  стабільної роботи без значного падіння  швидкості передачі даних при  великій загрузці мережі, оскільки використання маркера виключає можливість виникнення незвичайних ситуацій.

• Недоліки :

• Вихід з  ладу однієї робочої станції ,та інші неполадки (обрив кабеля) відобразяться на роботі всієї мережі;

• Важкість  конфігурування і настройки;

• Важкість пошуку неполадок;

      Крім розглянутих вище, також застосовуються такі топології:“ лінія ”, 

 “ повного з’єднання ” та “дерево”. А також широко застосовуються так звані гібридні мережні топології які є розвитком  “зірки”, та ін. 

A – лінія

B - повного з’єднання (кожен з кожним)

С – дерево

Мережна топологія буває:

• фізичною  — описує реальне розміщення і  зв‘язки між вузлами мережі.

• логічною  — описує маршрут сигнала в  межах фізичної топології.

                                    3.2. Кабельні системи

      У будь–якій комп'ютерній мережі передавання даних здійснюється за допомогою електричних (електромагнітних) сигналів. Середовище передавання може бути обмеженим (фізичний провідник сигналу – кабель) або ж необмеженим (передавання мікрохвильових та подібних їм сигналів через відкритий ефір). Кожне середовище має свої переваги та вади. Одним з основних показників є швидкість затухання сигналу, яка визначається фізичними характеристиками середовища та природою сигналу. Вибираючи середовище передавання, беруть до уваги також інші показники: вартість (придбання, монтажу та обслуговування), пропускну здатність, безпеку передавання інформації тощо. 

Таблиця 3.2.  Категорії та класи кабелів 

  Тип кабелю “скручена пара”

          Мережа Ethernet на базі скрученої пари розвивається з 1990 року і стає все популярнішою, поступово витісняючи «класичний» Ethernet на основі коаксіального кабелю. У даному різновиді Ethernet передача сигналів здійснюється по двох кручених парах проводів, кожна з який передає тільки в одному напрямку (одна пара – передавальна, інша – приймаюча). Кожен з абонентів мережі приєднується кабелем, що містить дві, або чотири скручені пари, до концентратора, використання якого в даному випадку обов'язкове. Концентратор здійснює змішання сигналів від абонентів для забезпечення методу доступу CSMA/CD. Скручування дозволяє підвищити завадостійкість кабелю і зменшити вплив сигналу в кожній парі на всі інші. Максимальна відстань передавання  при його використанні  1.5-2.0 км, а максимальна швидкість - 1.2 Гбіт/с. Тривалість поширення сигналу 8-12 нс/м . Загасання сигналу 12-28 Дб на 100 м на частоті 10 МГц.

          UTP-кабелі не мають металевого екрану, тому їх монтаж і обслуговування набагато простіше коаксіальних кабелів. У цьому і полягає головна причина популярності стандарту 10BASE-T, незважаючи на те, що апаратура для нього коштує дорожче, ніж для 10BASE-2 (обов'язково потрібен концентратор). UTP-кабелі коштують приблизно вдвічі дешевше, ніж тонкий коаксіальний кабель, але при цьому треба враховувати, що у випадку конфігурації «пасивна зірка» кабелю потрібно набагато більше, ніж при «шині».

         Екранована скручена пара суттєво дорожча неекранованої, але забезпечує кращу електромагнітну сумісність кабельної системи з джерелами і приймачами сигналів, та забезпечує менший рівень випромінювання в навколишнє середовище ( показник ЕМІ- Electromagnetic Interference ).      Використовують фольговану (FTP), та екрановану ( STP) скручені пари та їх комбінації.

         Все ж таки всі види скручених пар мають гірший захист від завад, ніж у коаксіальному кабелі. 

         Згідно європейського стандарту  мережне обладнання в промислових умовах повинно мати випромінювання до 40 Дб на відстані 10 м, а для комерційних та непромислових умов експлуатації – до 30 Дб ( показник ЕМІ).

         Найбільш популярним видом середовища передачі даних на невеликі відстані (до 100 м) стає неекранована скручена пара ( UTP ), що включена практично в усі сучасні стандарти і технології локальних мереж і забезпечує пропускну здатність до 100 Мб/с (на кабелях категорії 5) .   

               3.3 Комунікаційні мережні засоби

Повторювачі (Repeaters)

             Для побудови найпростішої односегментної  мережі досить мати мережні  адаптери і кабель відповідного  типу. Але навіть у цьому простому  випадку часто використовуються  додаткові пристрої - повторювачі сигналів (repeaters), які дозволяють подолати обмеження на максимальну довжину кабельного сегмента.

             Основна функція повторювача  - одержавши дані на одному  із своїх портів негайно перенаправляти (forward) їх на інші порти. У процесі передачі даних на інші порти дані  формуються заново, щоб виключити будь-які відхилення, що могли виникнути під час руху сигналу від джерела.

             Повторювачі також можуть виконувати  функцію, названу "поділ". Якщо  визначено велику кількість колізій,  що відбуваються на одному  з портів повторювача, останній робить висновок, що відбулася аварія на сегменті,  підключеному до цього порту, і ізолює такий сегмент від іншої мережі. Функція “поділ”, таким чином, запобігає поширенню помилок в одному сегменті на всю мережу. 
 

Концентратори (Hubs)

             Багатопортовий повторювач часто  називають концентратором (hub, concentrator), тому  що даний пристрій реалізує не тільки функцію повторення сигналів, але і функції об'єднання комп'ютерів та окремих сегментів в мережу. Практично в усіх сучасних мережних стандартах концентратор є необхідним елементом.

         Концентратори утворюють з окремих  фізичних відрізків кабелю загальне  середовище передачі даних - логічний сегмент. Логічний сегмент також називають доменом колізій.

         Конструкцію концентраторів визначає їх область застосування. Концентратори робочих груп найчастіше випускаються як пристрої з фіксованою кількістю портів, корпоративні концентратори – як модульні пристрої на основі шасі, а концентратори відділів можуть мати стекову конструкцію . Такий розподіл не є жорстким  і в якості корпоративного концентратора може використовуватись, наприклад, модульний концентратор. 

Мости (Bridges)

           При використанні повторювачів  максимальна довжина мережі складає  2500 метрів. Для подолання цього обмеження потрібні інші пристрої, так звані мости (bridge). Мости мають багато відмінностей від повторювачів. Повторювачі передають усі мережні пакети, а мости тільки ті, які потрібні в конкретному сегменті.  Якщо пакет не треба передавати в інший сегмент, він фільтрується. Для мостів існують численні алгоритми (правила) передачі і фільтрації пакетів. Мінімальною вимогою є фільтрація пакетів за адресою одержувача.

           Іншою важливою відмінністю мостів  від повторювачів є те, що сегменти, підключені до повторювача, утворюють одне передаюче середовище, яке розділяється, а сегменти, підключені до кожного порту моста утворюють своє окреме середовище .

              При використанні моста користувачі  одного сегмента розділяють смугу  перепускання, а користувачі різних сегментів використовують незалежні середовища. Отже, міст забезпечує переваги як з погляду розширення мережі, так і забезпечення більшої смуги перепускання для кожного користувача.

         Мости не залежать від протоколу  і передають пакети порту, до якого підключений адресат. Усі пакети буферизуються перед їхнім пересиланням у порт адресата. Буферизація пакетів (store-and-forward) приводить до виникнення затримки в порівнянні з комутацією на ходу. Мости можуть забезпечувати продуктивність, рівну пропускній здатності середовища, однак внутрішнє блокування трохи знижує швидкість їхньої роботи.

          Наприкінці 80-х років почалося  широке поширення мереж на  основі кабелю  “скручена пара”.  Нова технологія 10Base-T стала дуже популярною і привела до трансформації топології мереж від шинної магістралі до організації з'єднань типу "зірка". Вимоги до повторювачів і мостів для таких мереж істотно змінилися в порівнянні з простими двопортовими пристроями для мереж із шинною топологією. Сучасні мости і повторювачі це складні багатопортові пристрої. Мости дозволяють сегментувати мережі на менші частини, у яких загальне середовище передавання розділяє невелике число користувачів. 

Комутатори  (Switches)

            Зменшення числа вузлів в мережі називається сегментацією. Вона здійснюється за рахунок поділу великої мережі на менші частини - сегменти. Оскільки користувачам, як правило, необхідно мати доступ до ресурсів всіх сегментів, потрібні механізми забезпечення  міжсегментного обміну з досить високою швидкістю. Пристрої, які називаються комутаторами, надають такі можливості.

            Комутатори подібно мостам і  маршрутизаторам здатні сегментувати  мережі.  Як і багатопортові  мости, комутатори передають пакети  між портами на основі адреси одержувача, яка включена до кожного пакета. Реалізація комутаторів звичайно відрізняється від мостів у частині можливості організації одночасних з'єднань між будь-якими парами портів пристрою - це значно розширює сумарну пропускну здатність мережі. Більше того, мости у відповідності із стандартом IEEE 802.1d,  повинні прийняти весь  пакет до того моменту, як він почне передаватись адресату, а комутатори можуть почати передачу пакета, не прийнявши його повністю.

            Технологія комутації сегментів Ethernet була запропонована фірмою Kalpana у 1990 році у відповідь на зростаючі потреби у підвищенні пропускної здатності зв'язків високопродуктивних серверів із сегментами робочих станцій.

             Віртуальні з'єднання. Комутатор Ethernet підтримує внутрішню таблицю, яка зв'язує порти з адресами підключених до них пристроїв. Цю таблицю адміністратор мережі може створити самостійно або задати її автоматичне створення засобами комутатора.                     

            Використовуючи таблицю адрес  і адресу одержувача, що міститься  в пакеті, комутатор організує  віртуальне з'єднання порту відправника  з портом одержувача і передає  пакет через це з'єднання. На Рис.3.3.1. вузол А посилає пакет вузлу D. Знайшовши адресу одержувача у своїй внутрішній таблиці, комутатор передає пакет у порт 4.

                                          Рис.3.3.1. Віртуальне з’єднання

                 Віртуальне з'єднання між портами  комутатора зберігається на час   передачі одного пакета, тобто для кожного пакета віртуальне з'єднання організується знову на основі адреси, що міститься в даному пакеті.

            Оскільки пакет передається тільки  в той порт, до якого підключений  адресат, інші користувачі (у  нашому прикладі - B і C) не отримають цей пакет. Таким чином, комутатори забезпечують засоби безпеки, недоступні для стандартних повторювачів Ethernet. 

                                        Рис.3.3.2. Одночасні з’єднання

Одночасні з'єднання. У комутаторах Ethernet передача даних між будь – якими парами портів відбувається незалежно і, отже, для кожного віртуального з'єднання виділяється вся смуга перепускання каналу. Наприклад,  комутатор 10 Mбіт/с на Рис.3.3.2. забезпечує одночасну передачу пакета з A в D і з порту B   порт C зі смугою 10 Mбіт/с для кожного з'єднання.