Содержание

 

 

Введение

 

     Работы  по созданию ЛВС начались еще в 60-х годах с попытки внести новую технологию в телефонную связь. Эти работы не имели серьезных результатов вследствие дороговизны и низкой надежности электроники. В начале 70-х годов в исследовательском центре компании "Xerox", лабораториях при Кембриджском университете и ряде других организаций было предложено использовать единую цифровую сеть для связи мини-ЭВМ.

     В конце 70-х годов появились первые коммерческие реализации ЛВС: компания "Prime" представила ЛВС "RingNet", компания "Datapoint" - ЛВС "Attached Resourse Computer" (ARC) с высокоскоростным коаксиальным кабелем. В 1980 году в институте инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Eleсtrical and Eleсtronic Engeneers) организован комитет "802" по стандартизации ЛВС. В дальнейшем темпы развития ускорились, и на сегодняшний день имеется большое количество коммерческих реализаций ЛВС.

     Данный  курсовой проект содержит 2 основные части: теоретическая и практическая. Каждая из них разбита на разделы.

     Первая  часть разбита на первые 3 раздела:

     В первом разделе говориться о технологии Ethernet в целом, ее истории и развитии.  Во втором разделе приведен формат кадра Ethernet.  Третий раздел посвящен основным параметрам Ethernet, а также основным типам кабелей.

     Вторая  часть  разбита на остальные шесть разделов:

     В первом разделе 2 части говорится  об основании выбора той или иной топологии сети. Второй раздел данной части посвящен  вопросу с помощью  каких типов кабелей будет  произведено соединение рабочих  станций и всех функциональных частей сети. Кроме того, описаны характеристики используемого кабеля. Третий раздел содержит расчет всей сети на работоспособность. Четвертый раздел 2 части курсового проекта описывает окончательный компоновочный вариант локальной сети. В шестом разделе представлен экономический расчет сети, т.е. финансовые расходы на построение. 

1 Ethernet

1.1 Теоретические основы Ethernet

     В середине 90-ых годов прошлого века сети на основе Ethernet получили самое широкое распространение. В первые они появились в 1972 году и были разработаны вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox. К 1980 году данную технологию поддержали компании Inel и DEC. Уже в 1985 году технология Ethernet становится международным стандартом под индексом IEEE 802.3. Позднее сети Ethernet становятся все популярнее и популярнее. Сеть стала занимать более 90% рынка сетей, благодаря ее открытым характеристикам, большому количеству производителей  и полной совместимости устройств между собой. В конечном итоге Ethernet стал самой распространённой технологией локальных вычислительных сетей, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

     На  раннем этапе развития Ethernet было указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель. Причинами перехода на витую пару были:

• возможность работы в дуплексном режиме;
• низкая стоимость кабеля «витой пары»;
• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;
• большая помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала;
• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);
• отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

     Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

     В Ethernet-сетях используется множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Его можно описать вкратце следующим образом.

     Когда какая-либо станция «А» в сегменте Ethernet хочет передать пакет другой станции «Б» Она пытается вначале определить, что никакая другая станция в это время ничего не передает: в случае, если кабель свободен, станция начинает передачу немедленно. В противном случае она ждет, пока кабель не освободится. Если две станции начинают передачу одновременно, то происходит конфликт. Обе станции прекращают передачу и ждут случайное время, прежде чем попытаться ее возобновить. Конфликт может быть определен по увеличению мощности или ширины импульса регистрируемого сигнала по сравнению с соответствующими характеристиками переданного сигнала.

     Допустим, две станции начали передачу одновременно, посчитав, что канал свободен. Сколько  времени им потребуется, чтобы понять, что помимо них передачу осуществляет еще и другая станция? Как минимум, это время распространения сигнала от одной станции до другой. Однако, даже если станция не зафиксировала конфликта в течение времени распространения сигнала по кабелю между двумя самыми удаленными станциями, это еще не означает, что она избежала конфликта и "заняла" кабель.

     Как следствие, кодирование сигнала  должно позволять установить наличие  конфликта (например, наложение двух сигналов напряжением 0 В зарегистрировать не представляется возможным). По этой причине в Ethernet применяется специальное кодирование сигнала.

     Коммутирующие концентраторы, или просто коммутаторы (switch), позволили каждой станции использовать среду передачи без конкуренции  с другими за счет буферизации входящих данных и передаче их станции-получателю только тогда, когда его порт открыт. Коммутация фактически преобразует Ethernet из широковещательной системы с конкурентной борьбой за полосу пропускания в систему адресной передачи данных. При этом пары портов отправитель-адресат динамически образуют независимые виртуальные каналы. Это увеличивает пропускную способность сети по сравнению с применением концентраторов. Довольно популярными являются решения, когда серверы подключаются к более скоростным портам коммутатора, станции - к менее скоростным. В этом случае в идеале каждая станция имеет доступ к серверу с максимальной скоростью, поддерживаемой адаптером.

     Ethernet бывает полудуплексный (Half Duplex), по всем средам передачи: источник и приемник «говорит по очереди» (классическая коллизионная технология) и полнодуплексный (Full Duplex), когда две пары приемника и передатчика на устройствах говорят одновременно. Этот механизм работает только на витой паре (одна пара на передачу, одна пара на прием) и на оптоволокне (одна пара на передачу, одна пара на прием).

     Ethernet различается по скоростям и методам кодирования для различной физической среды, а также по типу пакетов (Ethernet II, 802.3, RAW, 802.2 (LLC), SNAP).

     Ethernet различается по скоростям: 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с (Гигабит). Поскольку недавно ратифицирован стандарт Gigabit Ethernet для витой пары категории 5, можно сказать, что для любой сети Ethernet могут быть использованы витая пара, одномодовое (SMF) или многомодовое (MMF) оптоволокно. В зависимости от этого существуют различные спецификации:

     10 Мбит/с Ethernet: 10BaseT, 10BaseFL, (10Base2 и 10Base5 существуют для коаксиального кабеля и уже не применяются);

     100 Мбит/с Ethernet: 100BaseTX, 100BaseFX, 100BaseT4, 100BaseT2;

     Gigabit Ethernet: 1000BaseLX, 1000BaseSX (по оптике) и 1000BaseTX (для витой пары).

     Существуют  два варианта реализации Ethernet на коаксиальном кабеле, называемые «тонкий» и «толстый» Ethernet (Ethernet на тонком кабеле 0,2 дюйма и Ethernet на толстом кабеле 0,4 дюйма).

     Также, технология Ethernet и на витой паре.

     Витая пара – это два изолированных  провода, скрученных между собой. Для  Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие.

     Основной  узел на витой паре – hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим – к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок.

               Хаб – центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов.

     Хабы  выпускаются на разное количество портов – 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров.

1.2 Формат кадра Ethernet

     Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными  особенностями данной сети, выбранной  топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола.

     Не  редко в структуре пакета выделяют всего три поля:

1. Начальное управляющее поле пакета, т.е. поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
2. Поле данных пакета
3. Конечное управляющее поле пакета, куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.

Распишем  поля пакета подробнее на примере  сети Ethernet (рисунок 1).

     

                                                   Рисунок 1 – Структура пакета сети Ethernet

• Стартовая комбинация битов или преамбула, обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или сводиться к единственному стартовому биту.
• Адрес получателя (идентификатор), т.е. индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит или всем абонентам сети одновременно.
• Адрес отправителя, т.е. индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса отправителя, необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
• Поле управления может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и так далее.
• Данные (поле данных) – это та информация ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета, поле данных имеет переменную длину, которая и определяет полную длину пакета. Пакеты, включающие поля данных называю информационными пакетами
• Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то  приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC).

1.3 Основные параметры Ethernet

     В технологии Ethernet существует несколько стандартных сегментов сети. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, области применения. При установки сети необходимо сделать обоснованный выбор оборудования, с тем, чтобы потом не пришлось тратить значительные суммы на его замену.

     Ниже  перечислены основные параметры  сегментов сети Ethernet.

1.3.1 10BASE5

     Коаксиальный кабель диаметром около 1 сантиметра, называемый "толстым" коаксиалом и отличается высокой жесткостью. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента составляет 500 метров. Данный тип кабеля широко использовался с самого начала развития Ethernet. В настоящее время он не так широко распространен, хотя и обеспечивает максимальную протяженность сети с топологией «шина». В первую очередь это связано с трудностями монтажа аппаратуры и ее высокой стоимостью.

     По  стандарту к одному сегменту (длиной до 500 метров) допустимо подключение  не более 100 абонентов. Расстояние между  точками их подключения не должно быть меньше, чем 2.5 метра, иначе могут возникнуть искажения передаваемых сигналов. Для удобства пользователя на оболочку кабеля можно нанести отметки через каждые 2.5 метра.

     Толстый кабель никогда не подводят непосредственно  к компьютеру. Это сложно и очень не удобно для использования, так как, в конечном итоге, компьютеры нельзя будет переместить. Данный кабель прокладывают по полу или по стене помещения. Для присоединения сетевых адаптеров к толстому кабелю служат специальные трансиверы. На обоих концах кабеля сегмента должны быть установлены терминаторы, сопротивление которых равно 50 Ом, и только один из них необходимо заземлить.

     Минимальный набор оборудования для односегментной сети на толстом кабеле включает в  себя следующие элементы:

• Сетевые адаптеры с AUI разъемами
• Толстый кабель для объединения компьютеров в сеть
• Трансиверные кабели длиной от компьютера до толстого кабеля
• Трансиверы
• Два Barrel-коннектора для присоединения терминаторов на концах кабеля
• Один терминатор без заземления
• Один терминатор с заземлением

1.3.2 10BASE2