Проектирование ЛВС

Цель работы: приобретение навыков по проектированию локальных сетей на физическом и канальном уровнях.

В ходе выполнения курсового проектирования студенты должны приобрести навыки по конфигурированию локальных сетей, выбору необходимого сетевого оборудования локальных сетей, определения объема монтажных работ по прокладке сети, оценке совокупной стоимости сетевого оборудования и монтажных работ. Проектируемая ЛВС должна удовлетворять всем требованиям пользователей, сформулированным в техническом задании на разработку ЛВС, при минимальном объеме капитальных и эксплуатационных затрат.

Введение

Под локальной вычислительной сетью (ЛВС) обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или в нескольких близко расположенных зданиях. Сети связи ЛВС имеют в настоящее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0,1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1-50 км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).

ЛВС - это система, составленная из отдельных модулей, которые можно добавлять и выстраивать в нужной конфигурации. Основными составными частями сети являются:

•  Рабочие станции;

•  серверы сети;

•  сетевые адаптеры;

•  линии связи;

•  дополнительное сетевое оборудование;

•  сетевое программное обеспечение.

Создавая ЛВС, разработчик стоит перед проблемой: при известных данных о назначении, перечне функций ЛВС и основных требованиях к комплексу технических и программных средств ЛВС построить сеть, то есть решить следующие задачи:

•  определить архитектуру ЛВС: выбрать типы компонент ЛВС;

•  рассчитать количество компонент ЛВС;

•  произвести оценку показателей эффективности ЛВС;

•  определить стоимость ЛВС.

При этом должны учитываться правила соединения компонентов ЛВС, основанные на стандартизации сетей, и их ограничения, специфицированные изготовителями компонент ЛВС.

Конфигурация ЛВС существенным образом зависит от особенностей конкретной прикладной области. Эти особенности сводятся к типам передаваемой информации (данные, речь, графика), пространственному расположению абонентских систем, интенсивностям потоков информации, допустимым задержкам информации при передаче между источниками и получателями, объемам обработки данных в источниках и потребителях, характеристикам абонентских станций, внешним климатическим, электромагнитным факторам, эргономическим требованиям, требованиям к надежности, стоимости ЛВС и т.д.

Исходные данные для проектирования ЛВС могут быть получены в ходе предпроектного анализа предприятия. Эти данные затем уточняются в результате принятия решений на этапах проектирования ЛВС, что позволяет в техническом задании на ЛВС сформулировать требования к ней. Лучшая ЛВС - это та, которая удовлетворяет всем требованиям пользователей, сформулированным в техническом задании на разработку ЛВС, при минимальном объеме капитальных и эксплуатационных затрат.

1. Краткие теоретические сведения.

Проектирование конфигурации ЛВС заключается в определение физического расположения сетевых компонентов.

Задание на проектирование включает требования к ЛВС, указания о доступных компонентах аппаратных и программных ере дета, предпочтений и критерии сравнения вариантов конфигурации ЛВС.

Рассмотрим варианты топологии и состав компонент локальной вычислительной сети.

1.1. Топология ЛВС.

Топология сети определяется способом соединения ее узлов каналами связи. На практике используются 4 базовые топологии:

•   звездообразная;

•   кольцевая;

•   шинная ;

•   древовидная или иерархическая.

Топология сети влияет на надежность, гибкость, пропускную способность, стоимость сети и время ответа, (табл. 1)

Выбранная топология сети должна соответствовать географическому расположению сети ЛВС, требованиям, установленным для характеристик сети, перечисленным в табл. 1. Топология влияет на длину линий связи.

Качественная оценка характеристик

Таблица 1. Сравнительные данные по характеристикам ЛВС.

1.2. Выбор типов линий связи

В качестве линий связи могут выступать кабели со скрученными парами проводов (витые пары), коаксиальные кабели, волоконно-оптические кабели, радио, инфракрасные ИК-, СВЧ - каналы.

В набор параметров линий связи ЛВС входят: полоса пропускания и скорость передачи данных, способность к двухточечной, многоточечной и/или широковещательной передаче (то есть допустимые применения), максимальная протяженность и число подключаемых абонентских систем, топологическая гибкость и трудоемкость прокладки, устойчивость к помехам и стоимость.

При выборе типов кабеля учитывают следующие показатели:

•   стоимость монтажа и обслуживания;

•   скорость передачи информации;

•   ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (repeater);

•   безопасность передачи данных.

          Главная проблема заключается в одновременном обеспечении показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

1.3.  Выбор серверов

Файл-сервер - это компьютер, который "выдает" пользователям сети файлы, то есть позволяет пользователям совместно использовать программы и данные. Файл-сервер имеет для хранения данных память значительно большей емкости,

чем у других компьютеров. Он может также иметь значительно большее ОЗУ и несколько печатающих устройств, модемов. В качестве файл-серверов используются более мощные машины, поскольку они лучше приспособлены для одновременного обслуживания многих пользователей.

Программное обеспечение файл-сервера (ФС) - часть сетевой операционной системы, которое предоставляет ресурсы другим пользователям вычислительной сети.

Критическим моментом в работе ФС является его способность быстро находить данные и без задержки выдавать их обратно на запрашивающую рабочую станцию. На производительность ФС оказывают влияние многие факторы. Сюда входят: скорость работы сетевой интерфейсной платы, тип и длина кабеля, эффективность сетевого программного обеспечения, тип выполняемой прикладной программы, число пользователей в сети и объем свободной оперативной памяти. Пожалуй, важнейшим фактором, влияющим на производительность файл-сервера, является скорость работы жесткого диска. На уменьшение времени ответа влияет наличие в ФС дисковой кэш-памяти, то есть области оперативной памяти для запоминания данных, считанных с диска в последний раз. Кэш-память позволяет исключить ряд дополнительных обращений к диску.

Отказоустойчивость ФС обеспечивается: проверкой правильности записей на диске ФС, хранением таблицы расположения файлов на другом жестком диске, дублированием контроллера и диска, зеркальным копированием диска. Зеркальное копирование диска - это система, которая использует два идентичных жестких диска: исходный диск и его зеркальную копию. При записи данных на диск происходит запись и на диск с зеркальной копией. При отказе исходного диска зеркальная копия выполняет его роль без потери данных или простоя системы.

Первоначально выбор ФС основывается на текущих пользователях и прикладных программах, однако по мере того, как к ЛВС будут добавлены новые абонентские станции и прикладные программы ФС будет не в состоянии справляться с нагрузкой, и эксплуатационные характеристики начнут снижаться. Поэтому одной из важнейших задач стратегического планирования развития ЛВС является правильный выбор файл-сервера.

1.4. Выбор сетевых адаптеров

Центральный процессор соединяется с периферийным оборудованием специальным устройством. Для подключения одного ПК к другому требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером или сетевым интерфейсом, модулем, картой.

При подключении к вычислительной сети большого количества рабочих мест,  требующих обращения  к  файловому  серверу,  существует  опасность

"коллапса" данных, возникающего, как и в системе связи, из-за высокого потока заявок. Поэтому серверу необходима сетевая плата повышенной производительности, т.е. ее производительность должна быть больше производительности сетевых адаптеров для локальных рабочих мест.

Сетевые адаптеры определяют большую часть характеристик аппаратных средств ЛВС. Сюда входят: тип кабеля, топология, система обращения к кабелю, скорость передачи данных. В настоящее время большую часть рынка сетевых адаптеров занимают адаптеры Ethernet, использующие протокол IEEE 802.3.

Плата адаптера сети имеет четыре основные характеристики, обычно используемые для предсказания ее эффективности:

•   скорость передачи информации;

•   метод доступа;

•   встроенный процессор;

•              разрядность передаваемой кодовой комбинации (8-, 16-, 32-разрядные сетевые адаптеры).

1.5. Выбор дополнительного сетевого оборудования.

Усилитель, или так называемый повторитель (repeater), требуется при передаче информации в базисной полосе частот на расстояние, более чем допустимое для данного типа кабеля

Для подключения большого числа рабочих станций в ЛВС с древовидной структурой применяют концентраторы и/или коммутаторы.

Мост -это аппаратно-программный блок, который обеспечивает "прозрачное" соединение нескольких локальных сетей либо нескольких сегментов одной и той же сети, имеющих различные протоколы.

1.6. Выбор сетевой технологии.

В предыдущих разделах рассматривались требования к отдельным элементам сети. Однако в настоящее время программные и аппаратные средства объединяются на основе сетевой технологии.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно - аппаратных средств ( например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. По сути это минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии, специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея ввиду то, что на их основе строится базис любой сети.

Существуют несколько видов базовых технологий. Для получения работоспособной  сети  достаточно  приобрести  программные  и  аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т.п., - соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.

Каждая из сетевых технологий имеет свои преимущества, недостатки, особенности реализации и ограничения на использование. При построении комплексных сетей организаций и предприятий базовые технологии могут комбинироваться между собой. Для этого выпускается специальное коммутационное оборудование.

Технологии со скоростью 100 Мб/с

100 VG-Any L AN

Тип кабеля - UTP3, UTP4, UTP5

Топология - звезда

Максимальное число узлов на сегменте -              1024

Максимальное количество сегментов (последовательно) -    4

Максимальная длина кабеля между концентраторами -              5 м

Максимальная длина сегмента (только для оборудования HP) - 225 м

Максимальная длина сети -              1100 м

Способ подсоединения узла -              RJ-45

Количество используемых пар кабеля -              4

100Base-FX

Тип кабеля - одномодовый оптический кабель

Топология - звезда

Максимальное число узлов на сегменте - 1024

Максимальная длина сегмента:

коммутатор-коммутатор, full duplex              - 2 км

коммутатор-коммутатор, half duplex - 412 м

коммутатор- узел, full duplex              - 2 км

коммутатор- узел, half duplex - 412 м