Анализ и оценка сетевых топологий

ВВЕДЕНИЕ

 

В современном обществе существует одна из потребностей –  это связь между людьми, странами, континентом. Она должна быть быстрой, надежной и удобной. Связь между  компьютерами обеспечивают сети.

Вхождение России в мировое  информационное пространство влечет за собой широчайшее использование новейших информационных технологий, и в первую очередь, компьютерных сетей.

Сети врываются в  жизнь людей, как в профессиональную деятельность, так и в быт –  самым неожиданным и массовым образом знания о сетях и навыки работы в них становятся необходимыми множеству людей. Компьютерные сети породили новые технологии обработки информации – сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы – накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных.

Топология локальной  сети – это конфигурация кабельных соединений между компьютерами, выполненных по единому принципу. Конкретная топология выбирается исходя из используемого оборудования, а также на основе имеющихся требований к мобильности, масштабируемости и вычислительной мощности всей системы в целом.

В данной работе будут  рассмотрены базовые топологии вычислительных сетей, организация локальной вычислительной сети, выбор топологии и определяется необходимое аппаратное и программное обеспечение.

Объектом моего исследования является локальная вычислительная сеть. Предметом исследования являются принципы проектирования локальных сетей на примере предприятия по разработке программного обеспечения.

Целью исследования является анализ и оценка базовых сетевых  топологий, выбор технологии, топологии  и сетевого оборудования для построения локальной сети. Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. изучение теоретических сведений о топологиях сетей;
2. анализ и структурирование данных о работе сетей с различной топологией;
3. выявление достоинств и недостатков различных топологий сетей, влияющих на производительность сети.

Актуальность проекта  состоит в том, что данная локальная сеть является средством для организации эффективного функционирования предприятия. Данная локальная сеть проектируется с целью совместного использования общих ресурсов, таких как локальные диски, сетевой принтер, Интернет

Для достижения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующие этапы работы:

– изучение базовых технологий построения сетей;

– рассмотрение программных и технических характеристик предприятия;

– построение схемы информационных потоков предприятия;

– выбор технологии сети;

– подбор сетевого оборудования.

Методы:

1) анализ литературы;

2) интерпретация данных;

3) отбор необходимого материала.

Теоретическая значимость состоит  в анализе и получении знаний о существующих  сетевых технологиях и применении одной из них для реализации на практике.

Практическая значимость проведенного исследования вполне очевидна – материалы  и выводы данной работы помогут разбираться  в преимуществах и недостатках  топологий, влияющих на производительность сети, могут быть использованы для  выбора наиболее подходящей топологии при проектировании компьютерных сетей предприятий.

 

 

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

1. Компьютерные сети. Общие понятия

 

Компьютерная сеть –  представляет собой систему распределенной обработки информации, состоящую  как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи.

Классификация вычислительных сетей  возможна по различным признакам, мы рассмотрим по размеру, структуре и покрываемому расстоянию.

В зависимости от удалённости компьютеров  и масштабов, сети условно разделяют на локальные, региональные и глобальные.

Локальная вычислительная сеть (LAN) – это группа персональных компьютеров или периферийных устройств, объединенных между собой высокоскоростным каналом передачи данных в расположении одного или многих близлежащих зданий. Основная задача, которая ставится при построении локальных вычислительных сетей – это создание телекоммуникационной инфраструктуры компании, обеспечивающей решение поставленных задач с наибольшей эффективностью. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков и т.д. Протяженность такой сети обычно ограничена пределами 2 – 2,5 километра.

В локальных сетях  используется лишь одна среда передачи. Примеры LAN: Ethernet, Token Ring, FDDI.

Региональные сети или сети промежуточного класса (MAN) – это сети большего размера, чем локальные вычислительные сети. Они обычно покрывает область одного города, экономического региона, страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки - сотни километров. В городских сетях часто используется различное оборудование и среды передачи с целью эффективной их работы на таких расстояниях.

Глобальная вычислительная сеть (WAN) покрывает большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства.

 У глобальной сети нет одного хозяина, который полностью управляет сетью и регулирует доступ к ней.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на разных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи.

Глобальные сети практически  имеют те же возможности, что и  локальные. Но они расширяют область их действия. Польза от применения глобальных сетей ограничена в первую очередь скоростью работы: глобальные сети работают с меньшей скоростью, чем локальные.

Из глобальных наиболее популярной является сеть Internet, в ее состав входит множество свободно соединенных сетей, причем каждая внутренняя сеть может обладать собственной структурой и способами управления. Основными ячейками Internet являются локальные вычислительные сети.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии, обеспечивающие мощные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Локальные сети могут  входить как компоненты в состав региональных сетей, региональные - в глобальные и, наконец, глобальные сети могут образовывать сложные структуры.

Из выше перечисленных  компьютерных сетей, обратим свое внимание на локальные сети, для того чтобы  лучше понять архитектуру сетей, способы передачи данных. А для  этого надо знать такое понятие, как топология сети.

 

1.2 Понятие  топологии сети

 

Топология (конфигурация, структура) компьютерной сети – это  описание физических соединений компьютеров в сети относительно друг друга и способа соединения их линиями связи. Понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути.

Топология сетей применяет  несколько специализированных терминов:

1. Узел сети – это компьютер или коммутирующее устройство сети.
2. Ветвь сети – это путь, соединяющий два смежных узла.
3. Оконечный узел – это узел, расположенный в конце только одной ветви.
4. Промежуточный узел – это узел, расположенный на конце более чем одной ветви.
5. Смежные узлы – это узлы соединённые, по крайней мере, одним путём не содержащих никаких других узлов.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого  кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.

Сетевая топология может  быть:

• физической – описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
• логической – описывает хождение сигнала в рамках физической топологии.

При выборе топологии  нужно учитывать, чтобы она должна обеспечивать надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Чтобы решить вышеперечисленные вопросы, необходимо знать виды сетевых топологий, а также их достоинства и недостатки.

 

1.3 Базовые  сетевые топологии

 

Существует три базовые  топологии, на основе которых строится большинство сетей:

– шина (bus);

– звезда (star);

– кольцо (ring).

При создании сети с топологией «шина» все компьютеры подключаются к одному кабелю (рисунок 1). На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и 10Base-5. В качестве кабеля используется Коаксиальные кабели.

Рисунок 1 – Схема топологии  сети типа «шина»

 

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов – аппаратных MAC-адресов.

МАС-адрес – это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей.

Чтобы понять процесс  взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия: передача сигнала, отражение сигнала и терминатор.

Данные в виде электрических  сигналов, передаются всем компьютерам  сети; однако информацию принимает  только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя, так как кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

– характеристики аппаратного  обеспечения компьютеров в сети;

– частота, с которой  компьютеры передают данные;

– тип работающих сетевых  приложений;

– тип сетевого кабеля;

– расстояние между компьютерами в сети.

«Шина» – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Данные, или электрические  сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных  действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Чтобы предотвратить  отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы (Рисунок 2). Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору для увеличения длины кабеля. К любому свободному неподключенному концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Рисунок 2 – Установка терминатора

 

Нарушение целостности  сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

У такой топологии сети есть достоинства  и недостатки. К достоинствам можно  отнести:

– небольшое время установки сети;

– дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);

– простота настройки;

– выход из строя рабочей станции  не отражается на работе сети.

Недостатки такой топологии  следующие:

– такие сети трудно расширять (увеличивать  число компьютеров в сети и количество сегментов – отдельных отрезков кабеля, их соединяющих);

– поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров;