Проектирование компьютерной сети

Санкт-Петербургский  Государственный Электротехнический Университет (“ЛЭТИ”) 
 
 
 
 
 

Кафедра МО ЭВМ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовой работе.

Дисциплина: Сети ЭВМ и телекоммуникации.

Название  работы: Проектирование компьютерной сети. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Санкт - Петербург

2005 г.

 

Цель курсовой работы:

Получить практические навыки проектирования сетей масштаба предприятия; научиться выбирать сетевые технологии и компоненты и уметь обосновывать свой выбор. Спроектировать компьютерную сеть предприятия и проанализировать ее работу. 
 

Особенности постановки задачи:

Офис предприятия, для которого необходимо спроектировать сеть, располагается на двух этажах, на каждом из которых по 6 комнат. На каждом этаже делаем отдельную локальную сеть, обе LAN соединяются через маршрутизатор. На первом этаже расположены 36 компьютеров, также здесь мы установим роутер, и серверы, которые нам необходимы. На втором этаже находятся 42 компьютера. Естественно, предприятию необходимо обеспечить доступ в Internet, доступ будет осуществляться через сервер. 

Схема первого  этажа. 

 

Схема второго  этажа.

К коммутатору 1 подключим 2, 3, 4, 5 и 6 коммутаторы, а коммутатор 1 в свою очередь подключим к роутеру. К коммутатору 7 подключим 8, 9, 10, 11, 12 и 13 коммутаторы, а коммутатор 7 также подключим к роутеру. Серверы, которые будут предоставлять свои услуги обоим LAN’ам, подключаем через роутер. Цели и задачи ясны, и теперь можно перейти к реализации наших идей.

 

Выбираем  топологию сети.

Проектирование  любой компьютерной сети естественно начать с выбора топологии сети. Топология вычислительной сети – это схема размещения оборудования (узлов), объединенного каналами связи. На сегодняшний день существует очень большое количество различных вариантов топологии. Среди них выделяют три топологии, которые называют базовыми, это: «звезда», «кольцо» и «общая шина». Наряду с ними на практике часто применяются и комбинированные структуры, таковыми, например, являются древовидная топология, логическая кольцевая сеть, сотовая топология. Рассмотрим отдельные топологии более подробно. 

1. Топология типа «звезда».

Т.е. у нас есть какой-то центральный узел, к которому мы можем подключить n-ое количество узлов. В этом случае, если мы захотим расширить сеть, то не сможем использовать ранее выполненные кабельные связи, придется прокладывать отдельный кабель из центра сети. В зависимости от расположения узлов возможно не рациональное использование каналов связи. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с другими топологиями. Также следует отметить, что при выходе из строя центрального, нарушается работа всей сети. К достоинствам такой топологии относят высокую надежность, данная топология реализуем современные методы доступа, в том числе и детерминированный. 

Отметим, что на сегодняшний день топология типа «звезда» является доминирующей. 

2. Кольцевая топология.

В данном случае узлы связанны друг с другом по кругу, т.е. узел 1 с узлом 2, узел 2 с узлом 3 и  т.д. Последний узел связан с первым, таким образом, коммуникационная сеть замыкается в кольцо. Пересылка сообщений между узлами является очень эффективной, т.к. большинство сообщений можно отправлять по кабельной системе одно за другим. Просто сделать кольцевой запрос на все станции. Понятно, что продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству узлов, входящих в сеть. В случае выхода из стоя хотя бы одного узла вся сеть парализуется (потому что кольцо в этом случая размыкается). Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети. К достоинствам такой топологии следует отнести повышенную надежность (мы можем работать в двух направлениях), также данная топология вполне рационально использует каналы связи, просто реализуема. 

3. Шинная  топология.

 

 

В данной топологии  среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций. Рабочие станции в любое время без прерывания работы всей сети могут быть подключены к ней или отключены. Отсюда вывод: очень легко прослушивать информацию (т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды). Поэтому, как правило, сети с такой топологией считаются ненадежными. Функционирование сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. К достоинствам такой топологии следует отнести наиболее рациональную схему размещения оборудования, находящегося на большом расстоянии, также шинная топология легко реализуема. 

4. Древовидная структура сети.

Основание дерева вычислительной сети располагается  в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева). Такая топология применяется там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Здесь активный концентратор это коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, а устройство, к которому можно присоединить максимум 3 станции, это пассивный концентратор (обычно он используется как разделитель).

 

5. Логическая кольцевая сеть.

Это специальная  форма кольцевой топологии, которая  физически объединяется как группа звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных  хабов. В зависимости от числа  рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяются  активные или пассивные концентраторы (эти устройства описаны в древовидной топологии). Управление отдельной рабочей станцией в логической сети происходит так же, как и в физической кольцевой. Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети. 

Итак, что будем  делать мы.

Для проекта нашей  сети выберем топологию типа «звезда».

Обоснования:

• Стоимость расширения такой сети незначительна по сравнению с кольцевой и шинной топологиями.
• Защищенность от прослушивания достаточная хорошая, не в пример шинной топологии.
• Стоимость подключения новой рабочей станции по сравнению все с той же шинной топологией незначительна.
• Поведение системы при высоких нагрузках оценивается хорошо по сравнению кольцевой и шинной топологиями.
• Очень хорошая возможность работы в реальном времени.
• Можно еще раз подчеркнуть, что на сегодняшний день топология типа «звезда» является доминирующей.

Топология типа «звезда» обладает такой неудовлетворительной характеристикой как низкая защита от отказов, это связано с наличием центрального узла. Но ничто в нашем мире не совершенно, всегда приходится чем-то жертвовать. Нам придется уделить особое внимание повышению надежности работы центрального узла, узкого места в нашей проектируемой сети.

Центром звезды будет  роутер, к которому мы подключим  оба сервера, а также коммутатор 1 и коммутатор 7. К коммутатору 1, как уже было сказано ранее, подключаем коммутаторы 2, 3, 4, 5 и 6, к коммутатору 7 – коммутаторы 8, 9, 10, 11, 12 и 13. К коммутатору 2 подключается 10 персональных компьютеров, к коммутатору 3 – 8 ПК, к коммутатору 4 – 4 ПК, к коммутатору 5 – 8 ПК, к коммутатору 6 – 6 ПК. К коммутатору 8 – 10 ПК, к коммутатору 9 – 8 ПК, к коммутатору 10 – 8 ПК, к коммутатору 11 – 4 ПК, к коммутатору 12 – 6 ПК, к коммутатору 13 – 6 ПК. 
 

Выбираем  сетевую технологию.

Сетевые технологии в зависимости от поддерживаемого  метода доступа, типа кадра, среды передачи данных можно разделить на несколько типов. Мы рассмотрим такие основные сетевые технологии как Ethernet, Token Ring и FDDI, необходимо выбрать какая технология больше подходит для нашего проекта. 

1. Технология  Ethernet.

На сегодняшний  день это самый распространенный стандарт локальных сетей, и большинство предприятий при проектировании и апгрейде своих компьютерных сетей (LAN’ов) придерживаются технологии Ethernet. Протокол передачи сообщений для метода множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD) определяет способ передачи данных от одного узла к другому через кабельную сеть. Протокол CSMA/CD является частью уровня MAC. На этом уровне определяются формат передачи информации по сети и способ доступа к сети (или управления сетью) для передачи данных. В сетях Ethernet существует четыре основные разновидности форматов кадра, и разные протоколы использует различные форматы кадров. Интегрирующие средства для СОС позволяют администраторам сетей в большинстве случаев не беспокоиться о том, какой формат кадров Ethernet используется. Следует отметить, что для данной технологии используются несколько спецификаций сетей. Перечислим эти спецификации: 10Base-5, 10Base-2, 10Base-T и 10Base-F, они различаются типом используемого кабеля, максимальной длиной сегмента и допустимым числом узлов в сегменте.

Скорость передачи данных в Ethernet: 10 Мбит\с.

Данная технология очень хорошо развивается, и на ее базе были созданы такие «быстрые» технологии как Fast Ethernet и Gigabit Ethernet.

Fast Ethernet.

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

• волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;
• витая пара категории 5, используются 2 пары;
• витая пара категории 3, используются 4 пары;

Fast Ethernet также использует несколько стандартов: 100Base-TX, 100Base-T4, 100Base-FX. Форматы кадров технологии Fast Ethernet не отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитной сети Ethernet. Конечно, эта технология обладает высокой степенью преемственности по отношению к Ethernet. Поэтому предприятиям, сети которых были построены на основе Ethernet, очень легко перейти к Fast Ethernet.

Скорость передачи данных в Fast Ethernet: 100 Мбит\с.

Gigabit Ethernet.

Потребность в  увеличении скорости передачи данных постоянно растет, что и определило появления этой технологии. Также для разработчиков была заманчива перспектива такого же плавного перевода магистралей сетей на Gigabit Ethernet, подобно тому, как были переведены на Fast Ethernet перегруженные сегменты Ethernet, расположенные на нижних уровнях иерархии сети. Таким образом, основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состоит в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с. Общее между технологиями

• сохраняются все форматы кадров Ethernet;
• по-прежнему будут существовать полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD. По поводу сохранения полудуплексной версии протокола сомнения были еще у разработчиков Fast Ethernet, так как сложно заставить работать алгоритм CSMA/CD на высоких скоростях. Однако метод доступа остался неизменным в технологии Fast Ethernet и его решили оставить в новой технологии Gigabit Ethernet. Сохранение недорогого решения для разделяемых сред позволит применить Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции.
• поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Скорость передачи данных в Gigabit Ethernet: 1000 Мбит\с. 

2. Технология  Token Ring.