Введение На сегодняшний день компьютерные сети прочно вошли в современную жизнь
 Скачать 5.59 Mb.
|
 Введение На сегодняшний день компьютерные сети прочно вошли в современную жизнь. Давно миновали времена, когда компьютер понимался исключительно как автономное вычислительное устройство – ЭВМ. Компьютеры и другие цифровые устройства практически всегда подключаются в сеть, что позволяет обмениваться информацией, получать доступ к цифровым ресурсам, совместно использовать периферийные устройства и др. Компьютерные сети обеспечивают и новый уровень вычислений – за счет распределения нагрузки между многими машинами создаются высокопроизводительные вычислительные сети. Идея объединения компьютеров в сеть потребовала решения многих задач – разработки принципов совместного использования сетевых ресурсов, сетевых стандартов и протоколов, технологий защиты данных и др. Для практической реализации компьютерных сетей было создано разнообразное аппаратное обеспечение, сетевые операционные системы, а также многочисленные сетевые приложения, используемые как на серверах, так и на рабочих станциях сети. В настоящее время сложно найти компанию, в которой бы не использовались персональные компьютеры. Даже для компаний с небольшим парком компьютерной техники и периферийного оборудования, жизненно необходима локальная вычислительная сеть, способная обеспечить высокую эффективность работы, достойный уровень безопасности данных и стабильной бесперебойной рабoты. Локальная вычислительная сеть – это вычислительная сеть, охватывающая небольшую территорию и использующая ориентированные на эту территорию средства и методы передачи данных. Грамотно спроектированная локально-вычислительная сеть (ЛВС) облегчает совместную работу сотрудников компании и повышает эффективность работы в целом. Пo заданию дипломного проекта требуется спроектировать локальную вычислительную сеть детского сада с учетом стандартов построения сетей и конструкторских особенностей здания. Огромные возможности компьютеров по обработке информации делают их пригодными для разнообразного использования и в области образования. Они могут облегчить изучение и преподавание материала на всех уровнях – от дошкольников, овладевающих чтением, до учащихся старших классов и высших учебных заведений. На данный момент тема проекта является достаточно актуальной, так как ЛВС – это ресурс, позволяющий воспитателям собирать, анализировать, организовывать и распространять информацию, являющуюся основой воспитательного и образовательного процесса. ЛВС в детском саду позволяют создать единое творческое пространство в рамках взаимодействия с семьями воспитанников в направлении решения задач развития ребенка в современном информационном обществе. Воспитателям важно стать и для ребенка, и для родителей проводником в мир новых технологий, наставником в выборе компьютерных игр и сформировать основы информационной культуры личности ребенка. Использование ЛВС позволяет вывести дошкольные образовательные учреждения на новый качественный уровень, обновить содержание образовательного процесса, обеспечить качество дошкольного образования, соответствующее современным государственным стандартам образования. Работа детского сада помимо обучения детей связана с накоплением информации о детях, родителях, сотрудниках детского сада. Информационная система детского сада позволит сэкономить массу времени по внесению данных, их обработке, составлению отчетов. Хранение информации в файлах компьютера дешевле, чем на бумаге. Базы данных позволяют хранить, структурировать информацию и извлекать оптимальным для пользователя образом. Использование компьютера позволяет сберечь значительные средства и время для получения необходимой информации различными работниками дошкольного учреждения, а также упрощает доступ и ведение, поскольку основывается на комплексной обработке данных. Таким образом, актуальность темы заключается в организации сети в дошкольном учреждении для улучшения взаимодействия между компьютерами сотрудников, сервером и печатающей техникой. Объектом для монтажа сети выбрано дошкольное учреждение МДОБУ детский сад «Семицветик» с.Булгаково. Предметом исследования является локальная вычислительная сеть учреждения. Целью выпускной квалификационной работы является разработка сети средствами кабеля UTP (неэкранированная витая пара). Для достижения цели были определены задачи: провести исследование и анализ предметной области; ознакомиться с топологиями сети; спроектировать логическую схему сети; спроектировать физическую схему сети; выбрать активное и пассивное оборудование; выбрать серверное оборудование и программное обеспечение; описать работы по монтажу и настройке оборудования; выполнить расчеты количества оборудования. Практическая значимость проекта заключается в том, что в результате выполнения дипломного проекта будет спроектирована локальная вычислительная детского сада, являющаяся удобной в настройке, установке и использовании. А также проведены расчёты длины кабелей, соединяющих информационные розетки, и подобрано коммутационное оборудование для функционирования всей системы. Решение всех поставленных задач будет выполнено с учетом всех стандартов построения кабельных систем, на основе предложенного плана здaния. 1 Общая часть 1.1 Понятие локальной вычислительной сети (ЛВС) Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет совокупность компьютеров, расположенных на ограниченной территории и объединенных каналами связи для обмена информацией и распределенной обработки данных. Как следует из названия, локальная вычислительная сеть является системой, которая охватывает относительно небольшие расстояния. Международный комитет IEEE802 (Институт инженеров по электронике и электротехнике, США), специализирующийся на стандартизации в области ЛВС, дает следующее определение этим системам: Локальные вычислительные сети отличаются от других видов сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью, такой, как группа рядом стоящих зданий, и, в зависимости от каналов связи осуществляют передачу данных в диапазонах скоростей от умеренных до высоких с низкой степенью ошибок... Значения параметров области, общая протяженность, количество узлов, скорость передачи и топология ЛВС могут быть самыми различными, однако комитет IEEE802 основывает ЛВС на кабелях вплоть до нескольких километров длины, поддержки нескольких сотен станций разнообразной топологии при скорости передачи информации порядка 1-2 и более Мбит/с. Современная стадия развития ЛВС характеризуется почти повсеместным переходом от отдельных, как правило, уже существующих, сетей, к сетям, которые охватывают все предприятие (фирму, компанию) и объединяют разнородные вычислительные ресурсы в единой среде. Такие сети называются корпоративными. Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации. В идеале при посылке и получении данных через сеть время отклика должно быть таким же, как если бы они были получены от ПК пользователя, а не из некоторого места вне сети. Это требует скорости передачи данных от 1 до 10 Мбит/с и более. 1.2 Классификация ЛВС Локальные вычислительные сети классифицируются по нескольким признакам: По сетевой топологии Сетевая топология – это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной и смешанной топологий. В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии: физическая «шина» (bus); физическая «звезда» (star); физическое «кольцо» (ring); физическая «звезда» и логическое "кольцо" (Token Ring). По расстоянию между узлами В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные сети: Региональные (Metropolitan Area Network, MAN) – используют технологии глобальных сетей для объединения локальных сетей в конкретном географическом регионе, например в городе. Региональные сети обозначают. Глобальные (Wide Area Network, WAN) – это сети, которые могут соединять сети по всему миру, например сети нескольких городов, регионов или стран. Локальные (Local Area Network, LAN, ЛВС) – представляют собой набор соединенных в сеть компьютеров, расположенных в пределах небольшого физического региона, например одного или нескольких зданий. По способу управления В зависимости от способа управления различают сети: Клиент/сервер - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера. По методу доступа различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. Англоязычное название метода - Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection (CSMA/CD). Среди детерминированных методов преобладают маркерные методы доступа. Маркерный метод - метод доступа к среде передачи данных в ЛВС, основанный на передаче полномочий передающей станции с помощью специального информационного объекта, называемого маркером. 1.2.1 Конфигурация ЛВС По административным отношениям между узлами можно выделить локальные сети с централизованным управлением или с выделенными серверами (серверные сети) и сети без централизованного управления или без выделенного сервера (децентрализованные), так называемые, одноранговые (одноуровневые) сети. Локальные сети с централизованным управлением называются иерархическими, а децентрализованные локальные сети равноправными. В локальных сетях с централизованным управлением один из компьютеров является сервером, а остальные ПК - рабочими станциями. Серверы - это высокопроизводительные компьютеры с винчестерами большой емкости и с высокоскоростной сетевой картой, которые отвечают за хранение данных, организацию доступа к этим данным и передачу данных рабочим станциям или клиентам. Рабочие станции. Компьютеры, с которых осуществляется доступ к информации на сервере, называются рабочими станциями или клиентами. Сетевые топологии Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры. Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных. 1.2.2Серверное обеспечение ЛВС В сетях с централизованным управлением (часто их называют двух ранговыми или серверными сетями) один из компьютеров (сервер) реализует процедуры, предназначенные для использования всеми рабочими станциями, управляет взаимодействием рабочих станций и выполняет целый ряд сервисных функций. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения тех или иных процедур: чтение файла, поиск информации в базе данных, печать файла и т. п. Сервер выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего использования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. Обработка данных может быть выполнена и на сервере. Следует отметить, что в серверных сетях клиенту непосредственно доступны ресурсы сети, имеющиеся только на сервере (серверах, если имеется несколько специализированных серверов). Данные и программы, хранящиеся на дисках чужих рабочих станций, могут быть доступны пользователю только через сервер или с помощью, установленной в сети специальной программы доступа к ресурсам рабочих станций. Системы, в которых сервер выполняет только процедуры организации, хранения и выдачи клиентам нужной информации, называются системами «файл-сервер» или сетями с выделенным сервером; те же системы, в которых на сервере наряду с хранением выполняется и содержательная обработка информации, принято называть системами «клиент-сервер». В системе «клиент-сервер» сервер играет активную роль: он не просто выдает на запрос весь файл, а может предварительно обработать информацию и выдать клиенту результаты решения задачи или отобрать именно те записи файла, которые и интересуют клиента, в удобном для клиента представлении. Такая технология, кроме всего прочего, способствует и меньшей загрузке каналов связи сети. Клиент-серверные системы иногда подразделяют также на две группы: системы, в которых клиент, решая свои задачи на сервере, использует свое прикладное программное обеспечение (такие системы часто называют системами с толстым клиентом), системы, в которых клиент, решая свои задачи на сервере, прибегает к прикладному программному обеспечению, размещенному на сервере (такие системы обычно называют системами с тонким клиентом), типичным примером этих систем являются ЛВС, где в качестве рабочих станций выступают сетевые компьютеры. Сервер, работающий по технологии «файл-сервер», сам называется файл-сервером; работающий по технологии «клиент-сервер» — сервером приложений. Достоинства серверных локальных вычислительных сетей: отсутствие ограничений на число рабочих станций; простота управления по сравнению с одноранговыми сетями; высокое быстродействие; надежная система защиты информации. Недостатки серверных локальных вычислительных сетей: высокая стоимость из-за выделения одного или нескольких компьютеров под сервер; зависимость быстродействия и надежности сети от сервера; меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью. Серверные сети являются весьма распространенными; примеры сетевых операционных систем для таких сетей: LAN Manager (Microsoft), Token Ring (IBM) и NetWare (Novell). Топология ЛВС Топология ЛВС — это способ соединения компьютеров между собой, с использованием различные кабели и электронное оборудование. Топология может относиться к физической структуре сети или же к логической структуре, которая характеризует способ прохождения данных по сети. Выбор топологии ЛВС зависит от многих факторов, основными из которых являются: тип используемого кабеля; структура и размеры офиса; способ диагностики неисправностей; стоимость инсталляции; Основными типами топологий являются: с общей шиной; звезда; кольцо; смешанная или распределенная звезда. Топология «Общая шина»  Рисунок 1 - Топология «Общая шина» Для простых сетей, расположенных в пределах небольшой территории, физическая топология с общей шиной может оказаться наилучшим решением. Этот способ реализации отличает низкая скорость и надежность, поскольку при разрыве любой точки общей шины работоспособность всей сети нарушается. В современных стандартах построения сетей данный вид топологии исключен, как устаревший. Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных. Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно). Преимущества сетей шинной топологии: отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом; сеть легко настраивать и конфигурировать; сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов. Недостатки сетей шинной топологии: разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети; ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций; трудно определить дефекты соединений. Топология «Звезда»  Рисунок 2 - Топология «Звезда» Все компьютеры в сети связаны одним общим кабелем, как правило, коаксиальным. В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной. Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet. Преимущества сетей топологии звезда: легко подключить новый ПК; имеется возможность централизованного управления; сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК. Недостатки сетей топологии звезда: отказ хаба влияет на работу всей сети; большой расход кабеля. Данный вид топологии отличает большая надежность, поскольку, обрыв одного кабеля не влечет за собой выход из строя всей сети. Возможная скорость передачи данных при использовании данной топологии определяется только возможностями кабеля и активного оборудования, используемого в качестве центрального устройства. Топология «Смешанная Звезда»  Рисунок 3 - Топология «Смешанная Звезда» Для больших распределенных сетей одного активного устройства может оказаться недостаточно и тогда применяется физическая звездообразная топология — «смешанная звезда». Данному виду топологии присущи все положительные стороны топологии «звезда». Топология «кольцо»  В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.Рисунок 4 – Топология «Кольцо» Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать. К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети. Как правило, в чистом виде топология «кольцо» не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии. Топология Token Ring Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции. Другими словами, с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой, и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии «звезда». Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключает неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.  Рисунок 5 - Топология «Физическое кольцо с подключением типа звезда» В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции. Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные. Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен. Преимущества сетей топологии Token Ring: Топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям; Высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций. Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи. |