МУ - ЛБ Проектирование ЛВС. Лабораторная работа 4 Проектирование локальной сети на физическом и канальном уровне
 Скачать 258.5 Kb.
|
Топология кольцо Топология линейная шина Рис. 2 Рис. 3 Иерархическая сеть с концентраторами  АК - активный концентратор ПК - пассивный концентратор Рис. 4. Сравнительные данные по характеристикам ЛВС Таблица 1.
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:
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. Условия физического расположения помогают определить наилучшим образом тип кабеля и его топологию. Каждый тип кабеля имеет собственные ограничения по максимальной длине: витая пара обеспечивает работу на коротких отрезках, одноканальный коаксиальный кабель - на больших расстояниях, многоканальный коаксиальный а волоконно-оптический кабель - на очень больших расстояниях. Скорость передачи данных тоже ограничена возможностями кабеля: самая большая - у волоконно-оптического, затем идут одноканальный коаксиальный, многоканальный кабели и витая пара. Под требуемые характеристики можно подобрать имеющиеся в наличии кабели. В табл. 2 приводятся характеристики линий связи ЛВС Ethernet. Характеристики линий связи Ethernet Таблица2
Витая пара Наиболее дешевым кабельным соединением является двухжильное соединение витым проводом, часто называемое витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и беспроблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Коаксиальный кабель Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации. Широкополосный коаксиальный кабель Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый повторитель (repeater). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (terminator). Ethernet-кабель Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick) или желтый кабель (yellow cable). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet -около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор. Cheapernet-кабель Более дешевым, чем Ethernet-кабель, является соединение Cheapernet-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 миллионов бит/с. При соединении сегментов Cheapernet-кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединение сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов(СР-50). Дополнительного экранирования не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (Tconnectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей можетсоставлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapemet-кабеле - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и используется как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала. Оптоволоконные линии Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких Гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения. Выбор абонентских станций Абонентские станции - персональные компьютеры, приспособленные для работы в сети при помощи установки сетевой платы, например, платы Enhemet, либо мощные и эффективные компьютеры, разработанные специально для работы в сети и имеющие сетевое аппаратное и программное обеспечение (рабочие станции). Выбор персонального компьютера для абонентской станции определяется перечнем функций по обработке данных, необходимых конкретному пользователю (например, для автоматизированного рабочего места технолога, конструктора, бухгалтера, системотехника и т.д.). Однако из анализа современного рынка средств вычислительной техники можно определить следующие желательные компоненты ПК для АС: 32-разрядный высокоскоростной процессор с сопроцессором, монитор высокого разрешения, манипулятор "мышь", многозадачную операционную систему, ОЗУ объемом не менее 4 Мбайт, жесткий диск с быстрым доступом и большим объемом памяти, а также аудиоввод и аудиовывод, развитую графику с высоким разрешением, встроенные сетевые средства. Выбор серверов Файл-сервер - это компьютер, который "выдает" пользователям сети файлы, то есть позволяет пользователям совместно использовать программы и данные. Часто, хотя и не всегда, 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 и накопителей на магнитной ленте. Почти во всех случаях имеется программное обеспечение, которое отличает файл-сервер от компьютера обычной рабочей станции ЛВС. Например, обычный персональный компьютер может быть файл-сервером ЛВС, если в нем работает программное обеспечение, которое позволяет, другим пользователям сети обращаться к нему и использовать его ресурсы. Чаще же 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. Для ФС могут использоваться ПК с процессором 80386 с тактовой частотой 25 Мгц и более мощные ЭВМ. 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 ЛВС будет получать признание, к ней будут добавлены новые абонентские станции и прикладные программы. В конечном счете 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. 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. Оно вставляется в свободное гнездо материнской платы (motherboard). Соответствующий кабель соединяет друг с другом платы адаптеров вычислительных систем, например, тонкий коаксиальный кабель через стандартный малогабаритный байонетный разъем (BNC-connector) типа СР-50. Каждая сетевая плата должна быть подключена с индивидуальным адресом, который известен файловому серверу и рабочим станциям. Это конфигурирование происходит либо с помощью DIP-переключателя, либо с помощью программных средств. Для построения ЛВС применяют 8- и 16-битовые сетевые платы. При этом следует учитывать различия при их установке. Файловый сервер должен быть снабжен быстродействующей 16-битовой платой или новейшей специальной типа NE/2-3200 для серверов на основе 386 или 486 процессоров. Для обычных рабочих станций без специальных функций используют недорогие 8-битовые платы. Рабочие станции в ЛВС. взаимодействуют для совместной обработки имеющихся данных, например, для запуска пользовательского программного обеспечения с файлового сервера. Это означает, что при центральном расположении накопителя информации может возникнуть узкое место. При возрастании количества рабочих станций увеличивается вероятность того, что к серверу "хлынет" большой поток запросов. Поэтому серверу необходима сетевая плата повышенной производительности, т.е. ее производительность должна быть больше производительности сетевых адаптеров для локальных рабочих мест. 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. 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:
Выбор ретрансляторов В архитектуре открытой вычислительной интерсети в терминах эталонной модели ВОС/МОС определены 4 типа ретрансляторов, сопрягающих отдельные сети на различных уровнях: повторители, коммутаторы, мосты и шлюзы. Усилитель, или так называемый повторитель (repeater), требуется при передаче информации в базисной полосе частот на расстояние, более чем допустимое для данного типа кабеля (максимальная длина линий связи различного типа, на которой не требуется повторитель, приведена в табл. 2). Для подключения большого числа рабочих станций в ЛВС с древовидной структурой применяют сетевые усилителя и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором. Мост -это аппаратно-программный блок, который обеспечивает "прозрачное" соединение нескольких локальных сетей либо нескольких сегментов одной и той же сети, имеющих различные протоколы. Внутренние мосты соединяют большинство ЛВС с помощью сетевых плат в файловом сервере. Эти интерфейсные платы со специальным программным обеспечением называют внутренним мостом. При внешнем мосте используется рабочая станция в роли сервисного компьютера с двумя сетевыми адаптерами от двух различных, однако однородных вычислительных сетей. Соединение с другими ЛВС осуществляется для всех подключенных рабочих станций через этот сервисный компьютер - мост. Пользователь видит только логическую связь. В том случае, когда соединяемые сети отличаются по всем уровням управления, используется оконечная система типа шлюз, в которой согласование осуществляется на уровне прикладных процессов. С помощью межсетевого шлюза соединяются между собой системы, использующие различные операционные среды и протоколы высоких уровней. В отличие от мостов, межсетевые шлюзы являются таким аппаратно-программным решением, при котором различные операционные системы, протоколы передачи данных, несогласованные скорости передачи информации, управление мониторами и используемые коды (например, код EBCDIC для больших ЭВМ, код ASCII для ПК) согласуются друг с другом для передачи информации. Межсетевое взаимодействие может быть организовано как посредством мостового соединения, то есть между сетями с одинаковой структурой протокола, так и посредством шлюзов для вычислительных сетей, имеющих несовместимые структуры протоколов обмена информацией. 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. Основные сетевые технологии10Base5 10Base5 или "толстый" Ethernet- самый старый стандарт среди остальных. В настоящее время затруднительно найти в продаже новое оборудование для построения сети на этом стандарте. Основные его параметры:
10Base2 или Тонкий Ethernet Основная используемая топология - общая шина Максимальная длина сегмента - 185 метров Минимальное расстояние между точками подключения - 0,5 метра Максимальное количество точек подключения к сегменту - 30 Основные параметры стандарта:
Широко использовался в 80х и начале 90х годов. Относительно дешевый способ организации сети. Однако из-за ограничений по количеству узлов и скорости передачи данных уступает место стандарту 10BaseT. 10Base-T или Ethernet на витой паре Для соединения устройств стандарт 10 Base-T предусматривает использование провода имеющего две пары: одну для передачи, другую - для приема. Для расширения сети, хабы могут каскадно соединяться друг с другом, образуя древовидную топологию с единственным хабом в вершине. Максимальное количество пользователей – 1024. Тип кабеля - витая пара ( UTP3, UTP4, UTP5 ) Топология – звезда, в центре звезды расположено устройство HUB (концентратор) Максимальное число узлов на сегменте - 1024 Максимальное количество сегментов - 5 (последовательно) Максимальная длина сегмента - 100 м Максимальная длина сети - 500 м Способ подсоединения узла - RJ-45 Количество используемых пар кабеля - 2 Тип соединителя RJ-45 10BaseF Тип кабеля - одномодовый и многомодовый оптический кабель Максимальное число узлов на сегменте – 1024 Максимальная длина сегмента - для одномодового - 5 км – для многомодового - 1 км Способ подсоединения узла - ST-коннектор Количество используемых пар кабеля - 1 Используемая топология - звезда. Максимальная длина сегмента - 2 км. Token-Ring Сеть Token Ring является основной технологией IBM для локальных сетей (LAN) , уступая по популярности среди технологий LAN только Ethernet/IEEE 802.3. Спецификация IEEE 802.5 почти идентична и полностью совместима с сетью Token Ring IBM. Спецификация IEEE 802.5 была фактически создана по образцу Token Ring IBM, и она продолжает отслеживать ее разработку. Термин "Token Ring" oбычно применяется как при ссылке на сеть Token Ring IBM, так и на сеть IEEE 802.5. Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркера.
MSAU * - Multi-Station Unit hub Сети Тоkеn Ring используют сложную систему приоритетов, которая позволяет некоторым станциям с высоким приоритетом, назначенным пользователем, более часто пользоваться сетью.Сеть Token Ring идеальна для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах. Технологии со скоростью 100Мб/с 100VG-AnyLAN
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||