Содержание 

                                                                                                                                      с.

       Введение

       Сегодня, в период стремительного взлета информационных технологий, одной из основных движущих сил прогресса является стремление к объединению, интеграции отдельных единиц оборудования и целых компьютерных систем. Корпоративные сети охватывают континенты, Всемирная паутина оплела весь земной шар. Главным орудием такой интеграции, бесспорно, являются сетевые технологии. Развитие сетевых технологий шло постепенно, по мере формирования микроэлектронной базы и решения других сопутствующих проблем. Некоторые из направлений уже успели умереть или близки к этому, другие - приспособились, трансформировались, третьи - бурно и успешно развиваются.

       Одна  из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ - обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина, надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени.

       Не  все задачи могут быть решены на отдельном, автономно работающем персональном компьютере. В настоящее время практически все компьютеры крупных и средних фирм, организаций и учреждений соединены между собой с помощью различных средств телекоммуникаций.

       Совокупность  компьютеров, соединенных между  собой с помощью средств телекоммуникаций, называется компьютерной сетью (КС).

       Различают локальные и глобальные КС, которые  отличаются по принципам работы, аппаратным и программным средствам поддержки.

       Локальная сеть (LAN) — это соединенная по определенным правилам совокупность близко расположенных компьютеров, предназначенных для выполнения общих задач. Она связывает ПК и принтеры, обычно находящиеся в одном здании (или комплексе зданий).

       Для подключения компьютера к локальной  сети необходимо наличие на нем специальных  программ и оборудования, которые  должны удовлетворять определенным требованиям, чтобы компьютеры разных производителей могли обмениваться  информацией друг с другом.

       Локальные компьютерные сети (ЛКС) объединяют относительно небольшое число компьютеров (обычно от 10 до 100, хотя изредка встречаются и гораздо больше) в пределах одного помещения (учебный компьютерный класс), здания или учреждении (например, университета). Традиционное название - локальная вычислительная сеть (ЛВС) - скорее дань тем временам, когда сети в основном использовались для решения вычислительных задач; сегодня же в 99% случаев речь идет исключительно об обмене информацией в виде текстов, графических и видео-образов, числовых массивов. Полезность ЛКС объясняется тем, что от 60% до 90% необходимой учреждению информации циркулирует внутри него, не нуждаясь в выходе наружу.

       Благодаря относительно небольшим длинам линий связи (как правило, не более 300 метров), по ЛКC можно передавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На больших расстояниях такой способ передачи неприемлем из-за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (цифро-аналоговым преобразованиям) и программным (протоколам коррекции ошибок и др.) решениям.

       Характерная особенность ЛКС - наличие связывающего всех абонентов высокоскоростного канала связи для передачи информации в цифровом виде. Существуют проводные и беспроводные каналы. Каждый из них характеризуется определенными значениями существенных с точки зрения организации ЛС параметров:

       - скорости передачи данных;

       - максимальной длины линии;

       - помехозащищенности;

       - механической прочности;

       - удобства и простоты монтажа;

       - стоимости.

       Глобальная  сеть (WAN) соединяет несколько локальных  сетей, географически удаленных друг от друга.

       Отличие глобальной сети от локальной состоит  в том, что она позволяет совместно работать компьютерам, физически расположенным далеко друг от друга (практически в любой точке земного шара).

       Логически глобальная компьютерная сеть (ГКС) состоит  из трех компонентов.

       - рабочих мест пользователей (обычные  компьютеры);

       - серверов, предоставляющих различные сервисы (мощные компьютеры);

       - сети передачи данных.

       Глобальные  компьютерные сети могут работать согласно различным протоколам. В настоящее  время наибольшей популярностью  пользуется глобальная сеть Интернет (Internet), построенная на базе протокола TCP/IP.

       Глобальные  сети обеспечивают те же преимущества, что и локальные, но при этом позволяют охватить большую территорию. Обычно для этого используется коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTN, Public Switched Telephone Network) с соединением через модем или линии высокоскоростной цифровой сети с предоставлением комплексных услуг (ISDN, Integrated Services Digital Network). Линии ISDN часто применяются для передачи больших файлов, например содержащих графические изображения или видео.

       Встраивая в базовые локальные сети функциональность глобальных сетей, реализуемую с помощью модема или сервера удаленного доступа, можно выгодно использовать технологии внешних коммуникаций, в том числе:

       - передачу и прием сообщений  с помощью электронной почты (e-mail);

       - доступ к Internet.

       Глобальные  компьютерные сети могут работать согласно различным протоколам. В настоящее  время наибольшей популярностью  пользуется глобальная сеть Интернет (Internet), построенная на базе протокола TCP/IP.

       Задание данной курсовой работы - «Разработать проект телекоммуникационной сети здания» по варианту №27. Примеры планов зданий показаны на рисунке 1. План для проекта выбирается из таблицы 1(2 столбец). Стрелкой на схеме здания обозначается главный вход. Помещения соединены коридором шириной 2 м. Размеры помещений определяются исходя из таблицы 1(4-8 столбцы). Число рабочих станций в комнатах выбирается из таблицы 1(9-14 столбцы). Варианты выбираются в соответствии с порядковым номером студента по журналу учебных занятий.

       Необходимо выбрать место расположения основных элементов сети: коммутационного оборудования, серверов(если они необходимы), печатающих устройств и т.д. Область применения ЛВС и необходимое ПО студент выбирает самостоятельно. Разрабатываемую сеть необходимо подключить к глобальной сети(«Интернет») произвольным способом, в зависимости от требований ЛВС.

Таблица 1 – Параметры здания для проектирования телекоммуникационной сети

Рисунок 1 – Пример плана здания 

       Мы  выбираем и локальную и глобальную сети. Так как в глобальных сетях намного более важное не качество связи, а сам факт ее существования. Правда, в настоящий момент уже нельзя провести четкий и однозначный предел между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеют выход в глобальную сеть, но характер переданной информации, принципы организации обмена, режимы доступа, к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что принято в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфику локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, поделенным пользователями локальной сети.

       1 Выбор сетевой  среды

       Средой  передачи данных называется физическая среда, пригодная для прохождения  сигнала. Чтобы компьютеры могли  обмениваться кодированной информацией, среда должна обеспечить их физическое соединение друг с другом. Существует несколько видов сред, применяемых для соединения компьютеров:

       - коаксиальный кабель;

       - витая пара;

       - оптоволоконный кабель;

       - беспроводные сети.

       1.1 Коаксиальный кабель

       Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный»), также известный как коаксиал (от англ. coaxial), —(коаксиальная пара) — Пара, проводники которой расположены соосно и разделены изоляцией. электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана и служащий для передачи высокочастотных сигналов.

Рисунок 2 - Структура коаксиального кабеля 

       Коаксиальный  кабель состоит из следующих элементов:

       A) оболочка (служит для изоляции и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;

       B) внешний проводник (экрана) в виде оплетки, фольги, покрытой слоем алюминия пленки и их комбинаций, а также гофрированной трубки, повива металлических лент и др. из меди, медного или алюминиевого сплава;

       C) изоляция, выполненная в виде сплошного (полиэтилен, вспененный полиэтилен, сплошной фторопласт, фторопластовая лента и т. п.) или полувоздушного (кордельно-трубчатый повив, шайбы и др.) диэлектрического заполнения, обеспечивающей постоянство взаимного расположения (соосность) внутреннего и внешнего проводников;

       D) внутренний проводник в виде одиночного прямолинейного (как на рисунке) или свитого в спираль провода, многожильного провода, трубки, выполняемых из меди, медного сплава, алюминиевого сплава, омеднённой стали, омедненного алюминия, посеребренной меди и т. п.

       Благодаря совпадению центров обоих проводников, а также определенному соотношению между диаметром центральной жилы и экрана, внутри кабеля в радиальном направлении образуется режим стоячей волны, позволяющий снизить потери электромагнитной энергии на излучение почти до нуля. В то же время экран обеспечивает защиту от внешних электромагнитных помех.

       1.2 Витая пара

       Витая пара (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 физической среды передачи сигнала 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 построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Рисунок 3 - Кабель на основе витой пары 

       Кабель  подключается к сетевым устройствам  при помощи разъёма «RJ45»

       В зависимости от наличия защиты —  электрически заземлённой медной оплетки  или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

       - неэкранированная витая пара (англ. UTP — Unshielded twisted pair) — без защитного экрана;

       - фольгированная витая пара (англ. FTP — Foiled twisted pair), также известна как F/UTP) — присутствует один общий внешний экран в виде фольги;

       - экранированная витая пара (англ. STP — Shielded twisted pair) — присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;

       - фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP — Screened Foiled twisted pair) — внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;

       Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

       Витопарный  кабель состоит из нескольких витых пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,4—0,6 мм. В стандартных 4-х парных кабелях в основном используются проводники диаметром 0,51 мм (24AWG). Толщина изоляции проводника — около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории — полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего высокий рабочий диапазон температур

       Также внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая  используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

       Внешняя оболочка 4-х парных кабелей имеет толщину 0,5—0,9 мм в зависимости от категории кабеля и обычно изготавливается из поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, для изготовления оболочки используются полимеры, которые не поддерживают горения и не выделяют при нагреве галогены (такие кабели маркируются как LSZH — Low Smoke Zero Halogen). Кабели, не поддерживающие горение и не выделяющие дым, разрешается прокладывать и использовать в закрытых областях, где могут проходить воздушные потоки системы кондиционирования и вентиляции (так называемых пленум-областях).

       1.3 Оптоволоконный кабель

       Оптоволоконный  (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

       Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).  

1 Полиэтилен

2 Пленка Майлар

3 Металлические  несущие жилы

4 Алюминиевый  водонепроницаемый слой

5 Поликарбонат (из него делают компакт диски)

6 Медная  или алюминиевая трубка

7 Вазелин  (Petroleum jelly)

8 Оптоволоконные  жилы

Рисунок 4 – Современный оптоволоконный кабель. 

       Оптоволоконный  кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

       Типичная  величина затухания сигнала в  оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, он просто не имеет конкурентов.

       Оптоволокно передает сигналы только в одном  направлении, поэтому кабель состоит  из двух типов волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

       Основное  преимущество этого типа кабеля - чрезвычайно  высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля - это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.[3]

       1.4 Беспроводные компьютерные  сети

       Беспроводные  КС — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

       Существует  два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

       Работа  в замкнутом объеме (офис, выставочный  зал и т. п.);

       Соединение  удаленных локальных сетей (или  удаленных сегментов локальной сети).

       Для организации беспроводной сети в  замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер. Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

       Для соединения удаленных локальных  сетей (или удаленных сегментов  локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путем, и достаточно просто поднять мощность до 0,2-0,5 Вт. Для сравнения — мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше(в момент звонка - до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

       Если  беспроводная сеть используется для  объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

       Для построения сети в нашем здании мы выбираем кабель - витая пара, так как показатели стоимости монтажа и оборудования, по сравнению с другими видами кабелями, такими как коаксиальный кабель оптоволоконные линии, более выгодны, требуют меньших затрат, что является немаловажным фактором. Кабель из витой (скрученной пары) пары является на сегодняшний день стандартом для ЛВС. Витая пара обеспечивает лучшую производительность. Однако, вероятно, самым большим преимуществом витой пары является то, что она уже используется бесчисленным количеством телефонных систем по всему миру. Мы выбираем кабель пятой категории, который используется для передачи данных со скорость до 100 Мбит в секунду включительно.

        2 Выбор сетевого оборудования

       Для построения локальных связей между  компьютерами используются различные  виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN_порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям - модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

       Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

       Оборудование  сетей подразделяется на активное и пассивное.

       2.1 Активное оборудование

       Активное  оборудование – это интерфейсные карты компьютеров, повторители, концен-траторы; пассивное оборудование – это кабели, соединительные разъемы, ком-мутационные панели. Кроме того, имеется вспомогательное оборудование – устройства бесперебойного питания, кондиционирования воздуха и аксессуары – монтажные стойки, шкафы, кабелепроводы различного вида.

       С точки зрения физики, активное оборудование – это устройства, которым необходима подача энергии для генерации сигналов, пассивное оборудование подачи энергии не требует.[4]

       2.1.1 Сетевой адаптер.

       Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации. 

Рисунок 5 – Сетевой адаптер  

       Сетевой адаптер обычно выполняет следующие  функции:

       - оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

       - получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.