Государственное образовательное учреждение

среднего  профессионального образования

«Чернушинский политехнический колледж» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

Тема: «Сетевые средства»

Дисциплина: «Техническая эксплуатация и ремонт ЭВМ» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студентка группы №36

специальность «АСОИиУ»

Кочкина Д.М.

Проверил:

преподаватель

Слаутин Ю.А. 
 
 
 
 
 

Чернушка 2008

Содержание

Введение

     На  сегодняшний день в мире существует более 150 миллионов компьютеров и  более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных в офисах до глобальных типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е - Mail писем 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 работающих под разным программным обеспечением.

1. Коммутаторы

Разработанный в 1973 стандарт Ethernet сегодня является наиболее популярным среди стандартов ЛВС. Как технология с разделяемой  средой Ethernet обеспечивает скорость передачи 10 мегабит в секунду (Mbps) для всех пользователей, имеющих доступ к среде передачи и протокол разрешения доступа.

Основы

Коммутатор Ethernet представляет собой устройство для  организации сетей большого размера. Для того, чтобы лучше разобраться  в устройстве и работе коммутаторов Ethernet, полезно понять основы технологии организации кабельных систем сети.

Повторители

В начале 80-х  годов сети Ethernet организовывались на базе шинной топологии с использованием сегментов на основе коаксиального  кабеля длиной до 500 метров. Увеличение размеров сетей поставило задачу преодоления 500-метрового барьера. Для решения этой задачи использовались повторители (repeater):

Повторитель просто копирует (пересылает) все пакеты Ethernet из одного сегмента во все другие, подключенные к нему. Основной задачей повторителя является восстановление электрических сигналов для передачи их в другие сегменты. За счет усиления и восстановления формы электрических сигналов повторителем становится возможным расширение сетей, построенных на основе коаксиального кабеля и увеличение общего числа пользователей сети

Переключение  портов

Сегодняшние модульные  концентраторы (повторители) часто  позволяют организовать несколько  сегментов, каждый из которых предоставляет  пользователям отдельную разделяемую полосу 10 Mbps. Некоторые концентраторы позволяют программным путем разделять порты устройства на независимые сегменты такая возможность называется переключением портов. Концентратор, к примеру, может содержать три различных сегмента Ethernet, организуемые внутренними средствами хаба. Переключение портов обеспечивает администратору сети высокую гибкость организации сегментов, позволяя переносить порты из одного сегмента в другой программными средствами. Эта возможность особенно полезна для распределения нагрузки между сегментами Ethernet и снижения расходов, связанных с подобными операциями. Переключение портов статическое связывание портов с различными сегментами Ethernet - сильно отличается от описанной ниже коммутации Ethernet.

Атрибуты  коммутаторов Ethernet

Коммутаторы Ethernet подобно мостам и маршрутизаторам  способны сегментировать сети Ethernet. Как  и многопортовые мосты коммутаторы  передают пакеты между портами на основе адреса получателя, включенного  в каждый пакет. реализация коммутаторов обычно отличается от мостов в части возможности организации одновременных соединений между любыми парами портов устройства - это значительно расширяет суммарную пропускную способность сети. Более того, мосты в соответствии со стандартом IEEE 802.1d должны получить пакет целиком до того, как он будет передан адресату, а коммутаторы могут начать передачу пакета, не приняв его полностью.

Производительность  коммутатора

Другим важным параметром коммутатора является его  производительность. Для того, чтобы охарактеризовать ее используются несколько параметров:

1. скорость передачи между портами
2. общая пропускная способность
3. задержка

Скорость  передачи между портами

При полосе 10 Mbps Ethernet может передавать 14880 пакетов  в секунду (PPS) для пакетов минимального размера (64 байта). Этот параметр определяется свойствами среды. Коммутатор, который способен обеспечить скорость 14880 PPS между портами, полностью использует возможности среды. Полоса пропускания среды является важным параметром, поскольку коммутатор, обеспечивающий передачу пакетов с такой скоростью, полностью использует возможности среды, предоставляя пользователям максимальную полосу.

Общая пропускная способность

Измеренная в Mbps или PPS, общая пропускная способность  характеризует максимальную скорость, с которой пакеты могут передаваться через коммутатор адресатам. В коммутаторах, все порты которых имеют полосу 10 Mbps суммарная пропускная способность равна скорости порта, умноженной на число виртуальных соединений, которые могут существовать одновременно (число портов коммутатора, поделенное на 2). Коммутатор, способный обеспечивать максимальную скорость передачи не имеет внутренней блокировки.

Задержка

Задержка - это  промежуток времени между получением пакета от отправителя и передачей  его получателю. Обычно задержку измеряют относительно первого бита пакета.

Коммутаторы Ethernet могут обеспечивать очень низкую задержку после того, как будет  определен адресат. Поскольку адрес  получателя размещается в начале пакета, передачу можно начать до того, как пакет будет полностью принят от отправителя. Такой метод называется коммутацией на лету (cut-through) и обеспечивает минимальную задержку. Малая задержка важна, поскольку с ней непосредственно связана производительность коммутатора. Однако метод коммутации на лету не проверяет пакеты на предмет ошибок.

При таком способе  коммутатор передает все пакеты (даже те, которые содержат ошибки). Например, при возникновении коллизии после  начала передачи пакета (адрес уже  получен) полученный фрагмент все равно будет передан адресату. Передача таких фрагментов занимает часть полосы канала и снижает общую производительность коммутатора.

При передаче пакетов  из низкоскоростного порта в высокоскоростной (например, из порта 10 Mbps в порт 100 Mbps) коммутацию на лету использовать вообще невозможно. Поскольку порт-приемник имеет большую скорость, нежели передатчик, при использовании коммутации на лету неизбежно возникнут ошибки. При организации виртуального соединения между портами с разной скоростью требуется буферизация пакетов.

Малая задержка повышает производительность сетей, в  которых данные передаются в виде последовательности отдельных пакетов, каждый из которых содержит адрес  получателя. В сетях, где данные передаются в форме последовательности пакетов  с организацией виртуального канала, малая задержка меньше влияет на производительность

Коммутаторы D-Link

Плюсы использования коммутаторов D-Link

• Надежность, производительность и отказоустойчивость
• Поддержка скоростей 10/100/1000 Мбит/с
• Поддержка широкого набора дополнительных модулей
• Прозрачная интеграция в существующую сеть
• Поддержка общепринятых стандартов и работа с устройствами других производителей
• Удобные средства управления: web-интерфейс, командная строка, SNMP-агент для мониторинга и изменения состояния устройства через ПО сетевого управления
• Защищенность от несанкционированного доступа
• Бесплатное обновление версии ПО устройств и получение новых дополнительных функций

Неуправляемые коммутаторы с поддержкой Gigabit Ethernet

• Эффективное недорогое решение для высокопроизводительных рабочих групп и серверных ферм
• Возрастающие потребности к полосе пропускания при работе с мультимедийными данными и базами данных
• Использование существующей проводки
• Прозрачная интеграция в сеть предприятия или быстрая установка. Все что требуется - подключить кабели сетевого оборудования к устройству, и сеть начнет свою работу в считанные минуты

Неуправляемые коммутаторы начального уровня

• Решение начального уровня класса SOHO и SMB для эффективного объединения в сеть небольших рабочих групп
• Быстрая установка, надежность и простота в эксплуатации
• Эффективная замена концентраторов при модернизации сети
• Возможность установки дополнительных модулей для подключения к оптической магистрали сети

2. Маршрутизаторы

     Внутри  сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связи между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня.

     Проблема  выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и её решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта  проблема осложняется тем, что самый  короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например надёжности передачи.

     В общем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной структурой. Сетевой уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надёжных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями. [1]

     Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие “номер сети”. В этом случае адрес получателя состоит из старшей  части – номера сети и младшей – номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину “сеть” на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное определение: сеть – это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети [2].

     На  сетевом уровне определяются два  вида протоколов. Первый вид- сетевые  протоколы – реализуют продвижение  пакетов через сеть. Именно эти  протоколы имеют в виду, когда  говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией или просто протоколами маршрутизации.

     На  сетевом уровне работают протоколы  ещё одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого  на сетевом уровне в локальный адрес сети. Такие протоколы называют протоколами разрешения адресов.

     Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого  обмена пакетами IPX стека Novell.

Обобщенное описание функционирования маршрутизатора

     Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на её основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения.

     Основная  функция маршрутизатора - чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту, и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему номер сети и номер узла.

     Функции маршрутизатора могут быть разбиты  на 3 группы в соответствии с уровнями модели OSI.

Уровень интерфейсов

      Интерфейсы  маршрутизатора, выполняют полный набор  функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая  получение доступа к среде, формирование битовых сигналов, приём кадра, подсчёт контрольной суммы и передачу поля данных кадра верхнему уровню.

Уровень сетевого протокола

      Сетевой протокол извлекает из пакета заголовок  сетевого уровня и анализирует содержимое его полей. Проверяется контрольная  сумма, и если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается. Проверяется время жизни пакета, вносятся корректировки в содержимое некоторых полей, пересчитывается контрольная сумма.

      На  сетевом уровне выполняется одна из важнейших функций маршрутизатора – фильтрация трафика [3]. Маршрутизатор позволяет задавать и обрабатывать сложные правила фильтрации. Пакет сетевого уровня, находящийся в поле данных кадра для маршрутизаторов представляется неструктурированной двоичной последовательностью. Маршрутизаторы же, программное обеспечение которых содержит модуль сетевого протокола, способны производить разбор и анализ отдельных полей пакета. Они оснащаются развитыми средствами пользовательского интерфейса, которые позволяют администратору задавать сложные правила фильтрации [1].

      В случае если интенсивность поступления пакетов выше скорости обработки, пакеты могут образовать очередь. Существуют различные дисциплины обслуживания пакетов: в порядке поступления по принципу “первый пришел – первый обслужен” (First Input First Output, FIFO) случайное раннее обнаружение, когда обслуживание идет по правилу FIFO, но при достижении очередью определенной длины, вновь поступающие пакеты отбрасываются, а также различные варианты приоритетного обслуживания.

      Основная  функция маршрутизатора – определение  маршрута пакета. По номеру сети, извлеченному из заголовка пакета, модуль сетевого протокола находит в таблице маршрутизации строку, содержащую сетевой адрес следующего маршрутизатора, и номер порта, на который нужно передать пакет, чтобы он двигался в нужном направлении. Если в таблице отсутствует запись о сети назначения пакета, и, к тому же, нет записи о маршрутизаторе по умолчанию, то пакет отбрасывается.

      Перед тем как передать сетевой адрес  следующего маршрутизатора на канальный  уровень той технологии, которая используется в сети, содержащей следующий маршрутизатор. Для этого сетевой протокол обращается к протоколу разрешения адресов. Протоколы этого типа устанавливают соответствие между сетевыми и локальными адресами либо на основании заранее составленных таблиц, либо путем рассылки широковещательных запросов. Таблица соответствия локальных адресов сетевым адресам строится отдельно для каждого сетевого интерфейса. Протоколы разрешения адресов занимают промежуточное положение между сетевым и канальным уровнями.

        С сетевого уровня пакет, локальный  адрес следующего маршрутизатора  и номер порта маршрутизатора  передаются вниз, канальному уровню. На основании указанного номера  порта осуществляется коммутация  с одним из интерфейсов маршрутизатора, средствами которого выполняется упаковка пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. Готовый кадр отправляется в сеть.

Уровень протоколов маршрутизации

      Сетевые протоколы активно используют в своей работе таблицу маршрутизации, но ни её построением. Ни её поддержанием не занимаются. Эти функции выполняют протоколы маршрутизации. На основании этих протоколов маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети. А затем анализируют полученные сведения, определяя наилучшие по тем или иным критериям маршруты. Результаты анализа и составляют содержимое таблиц маршрутизации.

3. Сетевые адаптеры Ethernet

Концентраторы вместе с сетевыми адаптерами, а  также кабельной системой представляют тот минимум оборудования, с помощью которого можно создать локальную сеть. Такая сеть будет представлять собой общую разделяемую среду. Понятно, что сеть не может быть слишком большой, так как при большом количестве узлов общая среда передачи данных быстро становится узким местом, снижающим производительность сети. Поэтому концентраторы и сетевые адаптеры позволяют строить небольшие базовые фрагменты сетей, которые затем должны объединяться друг с другом с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов. Ниже более подробно будут рассмотрены сетевые адаптеры.

       Сетевая карта или сетевой  адаптер - это плата расширения, вставляемая в разъем материнской  платы (main board) компьютера. Также существуют  сетевые адаптеры стандарта PCMCIA для ноутбуков (notebook), они вставляются в специальный разъем в корпусе ноутбука, или интегрированные на материнской плате компьютера, они подключаются по какой либо локальной шине. Появились Ethernet сетевые карты, подключаемые к USB (Universal Serial Bus) порту компьютера.

Функции и характеристики сетевых адаптеров 

         Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером  реализует второй, канальный уровень  модели открытых систем в конечном  узле сети — компьютере. Более  точно, в сетевой операционной  системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер. 

Сетевой адаптер  совместно с драйвером выполняют  две операции: передачу и прием кадра. 

          Передача кадра из компьютера  в кабель состоит из перечисленных  ниже этапов (некоторые могут  отсутствовать, в зависимости  от принятых методов кодирования).

Прием кадра  данных LLC через межуровневый интерфейс  вместе с адресной информацией МАС-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы. 

Оформление кадра  данных МАС-уровня, в который инкапсулируется  кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и  источника, вычисление контрольной суммы. 

Формирование  символов кодов при использовании  избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование  кодов для получения более  равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него. 

Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п. Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие  действия.

       Прием из кабеля сигналов, кодирующих  битовый поток.

Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.

Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в  адаптере восстанавливаются символы  кода, посланные передатчиком.

Проверка контрольной  суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается, а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти. 

        Распределение обязанностей между  сетевым адаптером и его драйвером  стандартами не определяется, поэтому  каждый производитель решает  этот вопрос самостоятельно. Обычно  сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.

В адаптерах  для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается  проще и дешевле. Недостатком  такого подхода является высокая  степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.

Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS Ether Power со встроенным процессором Intel i960. 

           В зависимости от того, какой  протокол реализует адаптер, адаптеры  делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как  протокол Fast Ethernet позволяет за счет  процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют авточувствителъностъю.

Сетевой адаптер  перед установкой в компьютер  необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер  канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.

Если сетевой  адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его  драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера во многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер. 

При выборе сетевого адаптера следует принять во внимание следующие соображения.

• Тип шины данных, установленной в вашем компьютере (ISA, VESA, PCI или какой-либо еще). Старые компьютеры 286, 386 содержат только ISA, соответственно и карту вы можете установить только на шине ISA. 486 - ISA и VESA или ISA и PCI (хотя существуют платы поддерживающие все три ISA, VESA и PCI). Узнать это можно, посмотрев в описании или на саму материнскую плату, после того как откроете корпус компьютера. Вы можете установить сетевую карту в любой соответствующий свободный разъем. Pentium, Pentium Pro, Pentium-2 и им подобные используют ISA и PCI шины данных, причем шина ISA - для совместимости со старыми картами.
• Тип сети к которой вы будете подключаться. Если, например, вы будете подключаться к сети на коаксиальном кабеле (10Base-2, "тонкий" Ethernet), то вам нужна сетевая карта с соответствующим разъемом (BNC).
• Его стоимость, учитывая, что цена на самое передовое компьютерное оборудование падает очень быстро. А выйти из строя сетевая карта, при неблагоприятных обстоятельствах, может очень легко вне зависимости от того, сколько денег вы за нее заплатили. С другой стороны, скорость работы и надежность у совсем "no-name" сетевых адаптеров обычно хуже, чем у адаптеров, выпущенных известными фирмами.
• Еще надо учитывать поддержку вашего адаптера различными операционными системами. В случае совместимых, например, с RTL (Realtek) или NE2000 ISA (PCI) адаптеров проблем, обычно, не возникает, вы просто указываете "NE2000 Compatible", не задумываясь, какая фирма его произвела. Существует еще целый ряд адаптеров, поддержка которых обеспечена практически во всех операционных системах. Для того, чтобы проверить какие сетевые карты поддерживает ваша ОС надо посмотреть в "Compatibility List". Часто в таком списке указан чип, который поддерживается, т.е. если приобретаемый сетевой адаптер сделан на основе этой микросхемы, то все будет работать.  
  От использования некоторых сетевых карт приходится отказываться, так как никто не хочет выпустить драйвер именно для этой карты, именно для этой операционной системы. Тут все очень похоже на использование принтера, если драйвер под вашу ОС есть - его можно покупать, если драйвера нет - надеяться не на что. Правда если вы всегда пользуетесь Windows, проблем с поиском драйверов, обычно, не возникает.

Исходя из вышеизложенного  придерживайтесь следующих принципов  при выборе адаптера. Если денег  немного и скорость не важна, тогда  любой с RTL (Realtek) или NE2000 совместимый ISA (PCI) адаптер. Во всех других случаях, экономия впоследствии приведет к проблемам.