Проектирование локальных вычислительных сетей

 

Рисунок 1.5 – Неэкранированная и экранированная витая пара

 

Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками (двигателями, трансформаторами).

Неэкранированная витая пара (спецификация 10 Base T) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.

Неэкранированная витая пара состоит из 2х изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины – в зависимости от назначения кабеля.

Существует 5 категорий неэкранированной витой пары:

Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь.

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар с 9-ю витками на метр.

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.

Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар медного провода.

Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи.

Перекрестные помехи – это перекрестные наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от этих помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Кабель, экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех.

Следовательно, STP по сравнению с UTP меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с большей скоростью и на большие расстояния.

Для подключения витой пары к компьютеру используют телефонные коннекторы RG- 45.

 

 

Рисунок 1.6 – Структура оптоволоконного кабеля

 

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя скрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Оптическое волокно – чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления (рисунок 1.6). Иногда оптоволокно производят из пластика, он проще в использовании, но имеет худшие характеристики по сравнению со стеклянным.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи сигнала, другой для приема.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется с чрезвычайно высокой скоростью (в настоящее время до 100Мбит/сек, теоретически возможная скорость – 200000 Мбит/сек). По нему можно передавать данные на многие километры.

В данном курсовом проекте будет использованна «Витая пара» категории 5Е и «Оптоволоконный кабель».

 

 

 

Технология сети Gigabit Ethernet

 

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, соответствовал основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания в вычислительную сеть.

Данная технология потеряла свою практичность, так как сейчас в локальные сети объединяются не десятки, а сотни компьютеров находящихся не только в разных зданиях, но и в разных районах. Поэтому выбираем более высокую скорость и надежность передачи информации. Эти требования выполняются технологией Gigabit Ethernet 1000Base-T.

Gigabit Ethernet 1000Base-T, основана на витой паре и волоконно-оптическом кабеле. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10 Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала.

Технология Gigabit Ethernet – это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности.

CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) – технология множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

Так же называют сетевой протокол, в котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в модели OSI.

Характеристики и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого» Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

Если во время передачи фрейма рабочая станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждет в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью алгоритма truncared binary exponential backoff), перед тем как снова отправить фрейм.

Обнаружение коллизий используется для улучшения производительности CSMA с помощью прерывания передачи сразу после обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время повторной передачи.

Методы обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.

 

 

Аппаратное обеспечение

 

Выбору аппаратного обеспечения нужно уделить особое внимание, немалую роль играет возможность расширения системы и простота ее модернизации, поскольку именно это позволяет обеспечить требуемую производительность не только на текущий момент времени, но и в будущем.

Наибольший интерес представляет максимальный объем оперативной памяти, который можно использовать на данном сервере, возможность установки более мощного процессора, а так же второго процессора (если планируется использование операционной системы, поддерживающей двухпроцессорную конфигурацию). Немаловажным так же остается вопрос о том, какую конфигурацию дисковой подсистемы можно использовать на данном сервере, в первую очередь, какой объем дисков, максимальное их количество.

Несомненно, что жизненно важным параметром любого сервера является его качественное и бесперебойное питание. В связи с этим необходимо проверить наличие у сервера нескольких (хотя бы двух) блоков питания. Обычно эти два блока питания работают параллельно, т.е. при выходе из строя оного, сервер продолжает работать, получая питание от другого (исправного) блока питания. При этом должна так же быть возможность их «горячей» замены. И, само собой разумеется, необходим источник бесперебойного питания. Его наличие позволяет в случае пропадания напряжения в электросети, по крайней мере, корректно завершить работу операционной системы и включить сервер.

Высокая надежность серверов достигается путем реализации комплекса мер, касающихся как обеспечения необходимого теплообмена в корпусе, контроля температуры важнейших компонентов, слежения за рядом других параметров, так и полного или частичного дублирования подсистем.

Также необходимо уделить внимание выбору дополнительных аппаратных компонентов сети. При выборе сетевого оборудования стоит учитывать топологию сети и кабельную систему, на которой она выполнена.

Уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;

Скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;

Возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);

Метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);

Разрешенные типы кабеля сети, максимальную его длину, защищенность от помех;

Стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).

Минимальные требования к серверу:

- CPU AMD Athlon64 X2 6000+ 3,1ГГц;

- Сетевые адаптеры Dual NC37H с сетевой картой TCP/IP Offload Engine;

- ОЗУ 8 Гб;

- HDD 2x500 Гб Seagate Barracuda 7200 об/мин.

 

Программное обеспечение

 

Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех составляющих:

1) автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;

2) сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;

3) сетевых приложений или сетевых служб.

В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA.

В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:

ОС Unix;

ОС NetWare фирмы Novell;

Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)

Windows Server 2008 обеспечивает три основных преимущества:

Улучшенный контроль 

Windows Server 2008 позволяет лучше контролировать инфраструктуру серверов и сети и сконцентрироваться на решении задач первоочередной важности благодаря следующему.

• Упрощенное управление ИТ-инфраструктурой с помощью новых средств, обеспечивающих единый интерфейс для настройки и мониторинга серверов и возможность автоматизации рутинных операций.

• Оптимизация процессов установки Windows Server 2008 и управления ими за счет развертывания только нужных ролей и функций. Настройка конфигурации серверов уменьшает количество уязвимых мест и снижает потребность в обновлении программного обеспечения, что приводит к упрощению текущего обслуживания.

• Эффективное обнаружение и устранение неполадок с помощью мощных средств диагностики, дающих наглядное представление об актуальном состоянии серверной среды, как физической, так и виртуальной.

• Улучшенный контроль над удаленными серверами, например серверами филиалов. Благодаря оптимизации процессов администрирования серверов и репликации данных вы сможете лучше обслуживать своих пользователей и избавитесь от некоторых управленческих проблем.

• Облегченное управление веб-серверами с помощью Internet Information Services 7.0 - мощной веб-платформы для приложений и служб. Эта модульная платформа имеет более простой интерфейс управления на основе задач и интегрированные средства управления состоянием веб-служб, обеспечивает строгий контроль над взаимодействием узлов, а также содержит ряд усовершенствований по части безопасности.

• Улучшенный контроль параметров пользователей с помощью расширенной групповой политики.

Повышенная гибкость 

Перечисленные ниже возможности Windows Server 2008 позволяют создавать гибкие и динамичные центры данных, которые отвечают непрерывно меняющимся потребностям компании.

• Встроенные технологии для виртуализации на одном сервере нескольких операционных систем (Windows, Linux и т. д.). Благодаря этим технологиям, а также более простым и гибким политикам лицензирования сегодня можно без труда воспользоваться преимуществами виртуализации, в том числе экономическими.

• Централизованный доступ к приложениям и беспрепятственная интеграция удаленно опубликованных приложений. Кроме того, нужно отметить возможность подключения к удаленным приложениям через межсетевой экран без использования VPN - это позволяет быстро реагировать на потребности пользователей, независимо от их местонахождения.

• Широкий выбор новых вариантов развертывания.

• Гибкие и функциональные приложения связывают работников друг с другом и с данными, обеспечивая таким образом наглядное представление, совместное использование и обработку информации.

• Взаимодействие с существующей средой.

• Развитое и активное сообщество для поддержки на всем протяжении жизненного цикла.

Улучшенная защита 

Windows Server 2008 усиливает безопасность операционной системы и среды в целом, формируя надежный фундамент, на котором вы сможете развивать свой бизнес. Защита серверов, сетей, данных и учетных записей пользователей от сбоев и вторжений обеспечивается Windows Server за счет следующего.