ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

Методические рекомендации по курсовому проектированию

по дисциплине: «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе по данной дисциплине разрабатывается проект локальной вычислительной сети. Теоретической базой при выполнении курсового проекта являются следующие разделы:

1. 
   Основы построения вычислительных систем.
   
2. 
   Архитектурные особенности и организация функционирования вычислительных машин различных классов.
   
3. 
   Классификация и архитектура вычислительных сетей.
   
4. 
   Техническое, программное и информационное обеспечение вычислительных сетей.
   
5. 
   Структура и организация функционирования сетей.
   
6. 
   Структура и характеристики систем телекоммуникаций.
   

Целью курсового проектирования является закрепление теоретических знаний по дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации» и приобретение практических навыков в проектировании ЛВС предприятий.

Дополнительной целью курсового проектирования является проверка знаний студента и его готовности к практической деятельности.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Разработать проект локальной вычислительной сети той организации, которая является местом работы студента (постоянным или по контракту). Альтернативным решением может быть документирование локальной сети, уже установленной на предприятии или разработка проекта под предполагаемого заказчика (в этом случае варианты заданий берутся из списка группы в журнале¹).

При проектировании ЛВС необходимо принимать во внимание те факторы, которые будут влиять на планирование:

• 
  стоимость;
  
• 
  ограничения по расстоянию;
  
• 
  возможности роста предприятия и/или сети;
  
• 
  расположение;
  
• 
  безопасность;
  
• 
  восстановление после сбоев;
  
• 
  пропускная способность сети.
  

Спроектировать сеть, которая удовлетворяла бы всем факторам на 100 %, вряд ли удастся, поэтому необходимо будет найти разумные компромиссы.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ

Перед тем как, как приступить к проектированию локальной сети, необходимо решить несколько задач:

• 
  обследовать предприятие и разработать его административные и функциональные схемы с указанием численности состава в каждом отделе;
  
• 
  определить количество и расположение рабочих станций, определить расположение сервера или серверов (если в таковых будет необходимость);
  
• 
  выяснить, для решения каких прикладных задач будет использована локальная сеть;
  
• 
  исходя из решаемых задач, выбрать сеть с выделенным сервером или одноранговую сеть;
  
• 
  выбрать сетевую операционную систему;
  
• 
  определить топологию сети, сетевую технологию и метод доступа;
  
• 
  выбрать сетевое аппаратное обеспечение: компьютеры для рабочих станций, тип компьютера для сервера или серверов (если их несколько); сетевые адаптеры, коннекторы, концентраторы, повторители, кроссовые панели и коммутационное оборудование, тип и количество кабеля.
  

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ

1. Обследование предприятия

Этот этап является одним из самых важных. От полноты и точности обследования структуры предприятия, задач решаемых отделами и подразделениями предприятия и их информационных нужд зависит успешность и эффективность вашего проекта. Поэтому при обследовании предприятия используется системный подход. Сначала выясняется структура предприятия, при этом выделяют и отдельно исследуют структуру системы управления и структуру системы производства, а также связи между ними. Выясняется тип системы управления. Разрабатываются схемы предприятия административная и функциональная. Исследуются информационные потоки предприятия, их интенсивность и регулярность, подсчитывается объем документооборота. Все эти сведения документируются для дальнейшего использования при постановке технического задания под будущую сеть. Выясняется количество человек, чья деятельность связана в данный момент с работой за компьютерами и сколько человек планируется задействовать в будущем.

2. Количество и расположение рабочих станций

Количество рабочих станций рассчитывается, исходя из норм, предъявляемых к организации, и, обычно, принимается от 0,7 до 0,5 компьютера на человека от числа работающих, для бюджетных организаций. Для торгующих организаций этот коэффициент может быть выше и доходить до 0,8.

Расположение станций определяется на основании функциональной схемы предприятия и в соответствии с выкопировкой плана здания предприятия. Расположение станций обычно оговаривается с сотрудниками отделов и производится в соответствии с санитарными нормами и правилами а также соблюдением норм по охране труда. При уточнении места расположения компьютеров необходимо учитывать возможность переноса компьютеров в пределах одного отдела, т.е. предусмотреть резервные розетки.

3. Решаемые задачи

На этом этапе выясняется, для чего предприятие собирается использовать сеть. Может оказаться, что Ваш проект будет использоваться только на 5 % – 10 % и затраты предприятия не окупятся очень длительный срок.

Можно выделить несколько типовых применений сети

Типовые применения локальных сетей
Применение	Особенности
Сеть для небольшой фирмы или одного отдела в пределах одного здания	Коллективное использование одного-двух принтеров, файлов на дисках файл-сервера, модема, передача сообщений от одной рабочей станции к другой. Небольшое количество рабочих станций (не более 15), мала протяженность сети
Сеть для крупной фирмы	Характеризуется большой протяженностью линий связи, наличием различных топологий, аппаратных и программных платформ. Количество пользователей достигает нескольких сотен или тысяч (в случае корпоративной сети). Предъявляются повышенные требования к производительности и надежности сети и сетевого оборудования.
Сеть для работы с крупной базой данных и большим количеством пользователей.	Аналогично к предыдущему, дополнительно к сети подключены мощные мини-компьютеры (Main Frames) или рабочие станции, использующиеся в качестве серверов баз данных. Повышенные требования к надежности, отказоустойчивости и производительности

4. Выбор сетевой операционной системы

После того как вы определитесь с решаемыми в сети задачами, следует выбрать сетевую операционную систему. Она будет определенным образом влиять на производительность вашей сети, и ее защищенность от несанкционированного доступа. Выбор сетевой операционной системы влияет также и на стоимость сети.

Если предприятие собирается использовать сеть для совместной печати на одном принтере или хранить всю документацию на одной машине не стоит закладывать в проект ОС Windows 2003 Server или Windows 2008 R2. Вполне достаточно Windows XP или Windows 7. Т.е. здесь можно обойтись и одноранговой сетью. Если предполагается использование файл-сервера с операционной системой Ubuntu 10.04 LTS для Linuх платформы, то необходимо будет позаботиться о совместимости программного обеспечения на рабочих станциях с операционной системой.

Если же проект разрабатывается для крупной фирмы с обеспечение разграничения доступа к данным лучше использовать сеть с централизованным управлением. В этом случае лучше выбрать FreeNAS, как представитель семейства BSD (собран на базе FreeBSD 7.2) с UFS. Если в сети можно выделить рабочие группы пользователей, внутри которых должен происходить интенсивный обмен данными, то лучше остановить свое внимание на Windows 2003 Server.

5. Выбор топологии сети и метода доступа

При выборе топологии сети необходимо учитывать стоимость сетевого оборудования и его производительность, а также требования предприятия к скорости работы сети.

Если к сети предъявляются серьезные требования по производительности и надежности лучше всего обратить внимание на технологию Ethernet с методом доступа CSMA/CD или Fast Ethenet и выбрать топологию «звезда». На северо-западе России в основном используются адаптеры Ethernet различных производителей. Ведущими являются 3Com и DLink. Эти адаптеры могут обеспечить скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит в секунду. При проектировании сети, работающей в условиях высоких уровней электрических и электромагнитных помех имеет смысл выбрать технологию FDDI на оптоволоконном кабеле.

6. Выбор сетевого аппаратного обеспечения

После того, как вы определились с задачами, решаемыми в сети, и выбрали сетевую операционную систему, можно приступить к выбору сетевого аппаратного обеспечения.

Вам предстоит определить количество и конфигурацию компьютеров, которые будут использоваться в качестве файл-серверов и рабочих станций, тип сетевых адаптеров, сетевого кабеля и другой сетевой аппаратуры такой как повторители, маршрутизаторы, концентраторы и мосты.

При проектировании сети можно использовать и несколько иной подход с другой последовательностью выполнения работ. Этот подход представлен ниже по тексту.

1. 
   Проведите исследование существующих условий. Этот шаг является решающим для определения параметров, в пределах которых вы должны работать. Вспомните каждый из факторов, влияющих на принятие вашего решения. Существующие условия на предприятии формируют основу для конструирования любой сети.
   
2. 
   Задокументируйте требования к сети. Используя уже упомянутые рекомендации, задокументируйте следующие вопросы:
   

• 
  Сколько компьютеров используется в настоящий момент, а сколько предполагается в будущем?
  
• 
  Какие типы компьютеров объединяются в сеть?
  
• 
  Какие специальные периферийные устройства требуются?
  
• 
  Будет локальная сеть подключена к мэйнфрему или глобальной сети?
  
• 
  Какое программное обеспечение используется или предполагается к использованию?
  
• 
  Какой тип административного контроля требуется?
  
• 
  Какой уровень разделения ресурсов потребуется?
  

3. 
   Выберите сетевую операционную систему (NOS). Этот шаг является следующим, поскольку он диктует, какой потребуется тип оборудования для файлового сервера и какие транспортные протоколы вы будете поддерживать. Убедитесь, что сетевая операционная система может отвечать существующим и будущим сетевым требованиям и будет поддерживаться в течение длительного времени. Также определите административные расходы, которые может вызвать операционная система.
   
4. 
   Спланируйте логическую сеть. Этот шаг включает в себя выбор транспортного протокола и технологий связи данных, разделение при необходимости сети на подсети и выбор зон безопасности.
   
5. 
   Определите сетевую технологию. Это часто самый трудный шаг, поскольку включает планирование неизвестного. Оценка нагрузки клиентов и определение того, какие технологии будут поддерживать эту нагрузку, трудны, когда вы должны оценить емкость. Например, хоть сеть Token Ring обеспечивает большую скорость передачи, чем сеть Ethernet, рабочие станции должны ждать маркера, чтобы начать передачу, в результате чего сеть Ethernet может показаться более быстрой. Сети Token Ring при добавлении клиентов загружаются простым, линейным образом, в то время как перегруженная сеть Ethernet может вообще прекратить свое функционирование.
   
6. 
   Спланируйте физическое расположение. Окружение, так же как и выбранная архитектура, диктует, какой кабель и какая топология должны быть использования. Пользовательские и корпоративные требования определяют, как и где должны располагаться файловые серверы, концентраторы и маршрутизаторы.
   
7. 
   Выберите аппаратную платформу файлового сервера. Убедитесь, что все оборудование перечислено в Списке совместимого оборудования Microsoft (Hardware Compatibility List, HCL), который вы можете найти в Web, у местного дилера или торгового агента Microsoft. Этот простой шаг поможет вам избежать многих неприятностей, когда придет время технической поддержки.
   
8. 
   Определите требования к хранению информации. Это трудно сделать в случае новой установки, поскольку нет никакой исходной информации. Используйте рекомендации, данные для сетевой операционной системы, которую вы выбрали, и данные производителя, которые вы получили с оборудованием для вашего файлового сервера. Планируйте удваивать емкость дисков каждый год. Убедитесь, что вы имеете достаточно оперативной памяти для ваших потребностей в хранении.
   
9. 
   Спланируйте поддержку клиентов. Используйте предназначенное для планирования время, чтобы сосредоточится на окончании перехода с 32-битных на 64-битные приложения Windows. Убедитесь, что ваши клиенты могут поддерживать новые технологии. Чтобы продуктивно использовать базы данных, браузер и другие основные приложения, большинство рабочих мест должно быть оснащено компьютером, по крайней мере с Intel-совместимым процессором, не менее чем 1 Гбайт оперативной памяти и совместимым оборудованием и программным обеспечением. Убедитесь, что ваши маршрутизаторы поддерживают все протоколы, которые потребуются в вашей сети.
   

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Книги:

1. 
   Тепляков И.М. Телекоммуникационные системы / Радиософт, Москва, 2008.
   
2. 
   Чекмарев Ю.В. Локальные вычислительные сети / ДМК Пресс, 2009.
   
3. 
   В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, «Компьютерные сети» 3-е издание, учебник, СПБ. Питер, 2010.
   

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Типовая структура пояснительной записки:

Титульный лист.

Оглавление.

1. 
   Задание на проектирование сети.
   
2. 
   Обследование предприятия.
   
3. 
   Решаемые предприятием задачи и его информационные запросы.
   
4. 
   Планирование логической структуры сети.
   
5. 
   Выбор топологии сети и методов доступа (выбор сетевой архитектуры).
   
6. 
   Планирование физической структуры сети с привязкой к предприятию.
   
7. 
   Технико-экономическое обоснование.
   
8. 
   Выбор сетевой операционной системы.
   
9. 
   Выбор сетевого аппаратного обеспечения.
   
10. 
    Разработка спецификаций на сеть (полный перечень аппаратного и программного обеспечения с указанием количества и фирм производителей).
    
11. 
    Смета на разработку и монтаж сети.
    

Приложение: Логическая и физическая структура сети.

ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА

Текст отчета должен быть напечатан через один интервал на одной стороне стандартного листа формата А4. Страницы отчета должны иметь поля: левое – 30 мм, верхнее – 20 мм, правое – 10 мм, нижнее – 20 мм. Все страницы отчета, включая иллюстрации и приложения, нумеруются по порядку от первой до последней страницы без пропусков, повторений, литерных добавлений. Первой страницей считается титульный лист, на котором цифра с номером страницы не ставится. Порядковый номер печатается в нижней части страницы по центру. Небрежно оформленные отчеты и отчеты, содержащие ошибки, к защите не принимаются.

Текст отчета набирается шрифтом Times New Roman размером 14 пунктов, с автоматической расстановкой переносов, с выравниванием по ширине. В заголовках переносы слов не допускаются. Используйте сервисные возможности MS Word для тщательной грамматической проверки вашего текста.

Сокращения в тексте не допускаются, исключения составляют общепринятые сокращения и сокращения, для которых в тексте была приведена полная расшифровка.

Текст отчета разбивается на разделы, которые нумеруются арабскими цифрами, начиная с 1, после цифры ставятся точка, пробел и собственно заголовок раздела с заглавной буквы (остальные: в заголовке первого уровня – прописные, а в заголовках других уровней – строчные). После названия заголовка точка или какие-либо иные знаки не ставятся. Заголовки разделов первого уровня центрируются и набираются жирным шрифтом размером 16 пунктов, всех последующих – начинаются с красной строки и набираются шрифтом размером 14 пунктов (при этом цифры, указывающие их номера, не должны выступать за границу абзаца). Перед заголовками первого уровня выставляется интервал в 18 пунктов, после – интервал в 12 пунктов. Перед и после заголовков последующих уровней выставляется интервал в 12 пунктов.

Разделы могут разбиваться на подразделы с соответствующими заголовками второго и последующих уровней. Нумерация заголовков второго уровня – двойная, арабскими цифрами, разделенными точкой. При этом первая цифра в такой нумерации соответствует номеру раздела, а вторая – порядковому номеру подраздела например 2.3. (третий подраздел второго раздела).

Формулы набираются исключительно с использованием редактора формул Microsoft Equation.

Рисунки помещаются в тексте в порядке ссылки на них по окончании того абзаца, в котором данный рисунок был первый раз упомянут. Между этим абзацем и рисунком оставляется одна пустая строка. Положение рисунка на странице центрируется. Иллюстрации должны быть расположены так, чтобы их было удобно рассматривать без поворота текста или путем переворачивания по часовой стрелке.

При ссылке на рисунок в тексте всегда должно использоваться сокращение «рис.». Рисунки нумеруются последовательно в пределах раздела, в порядке упоминания, арабскими цифрами. Номер рисунка должен состоять из номера раздела и порядкового номера рисунка, разделенных точкой, например, «Рис. 1.3». Подписи к рисункам печатаются под рисунками. Подрисуночная подпись начинается со слова «Рис.» (с заглавной буквы) и номера рисунка. Между словом «Рис.» в подрисуночной подписи и самим рисунком оставляется одна пустая строка. После номера рисунка ставится точка.

Приложения оформляются как продолжение отчета на последующих его страницах. Так как таблицы (схемы) могут размещается на нескольких страницах, то на отдельном листе по центру пишется прописными буквами «ПРИЛОЖЕНИЕ». Затем следуют содержательный заголовок. Рекомендуется каждую таблицу (схему) начинать с новой страницы. Если таблицы (схемы) небольшие по размеру, то можно размещать на странице несколько таблиц (схем), используя в качестве разделителя пустую строку.

Приложение 1

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Вариант 1

Спроектировать ЛВС коммерческого банка, которая объединяет четыре филиала, три из которых расположены в разных частях Красноярска. Центральный офис находится в одном из филиалов. Четвёртый филиал находится в районом центре.

Вариант 2

Спроектировать ЛВС коммерческого банка, которая объединяет четыре филиала, три из которых расположены в разных районных центрах. Центральный офис и четвёртый филиал находятся в Красноярске.

Вариант 3

Спроектировать ЛВС сеть продуктовых магазинов, которая объединяет три магазина, центральный офис, бухгалтерию, склад. Магазины находятся в черте города. Офис, бухгалтерия и склад располагаются в промышленной зоне за городом.

Вариант 4

Спроектировать ЛВС магазинов строительных материалов, которая объединяет три магазина, центральный офис, бухгалтерию, склад. Офис, бухгалтерия, склад и один из магазинов располагаются Красноярске. Два магазина находятся в разных районных центрах.

Вариант5

Спроектировать ЛВС офиса предприятия, которая объединяет администрацию предприятия, бухгалтерию, отдел кадров, отдел по рекламе, склад. Все отделы располагаются в трёхэтажном здании. Склад находится в промышленной зоне за чертой города.

Вариант 6

Спроектировать ЛВС офиса предприятия, которая объединяет администрацию предприятия, бухгалтерию, отдел кадров, маркетинговый отдел, склад готовой продукции. Все отделы расположены в разных зданиях на территории предприятия. Склад готовой продукции находится в промышленной зоне за чертой города.

Вариант 7

Спроектировать ЛВС офиса предприятия, которая объединяет администрацию предприятия, бухгалтерию, отдел кадров, коммерческий отдел, склад. Склад находится в отдельном здании на территории предприятия. Бухгалтерия и коммерческий отдел расположены на втором и третьем этажах соседнего здания. Администрация и отдел кадров размещены отдельно в центре города.

Вариант 8

Спроектировать ЛВС, которая объединяет два аптечных магазина и склад. Центральный офис расположен отдельно в центре города. Склад находится в промышленной зоне за чертой города.

Вариант 9

Спроектировать ЛВС, которая четыре аптечных магазина и склад. Центральный офис расположен отдельно в центре города. Склад находится в одном из магазинов.

Вариант 10

Спроектировать ЛВС образовательного учреждения, которая объединяет дирекцию, бухгалтерию, два компьютерных класса на 12 рабочих мест каждый, расположенных на разных этажах одного здания. Предусмотреть возможность выхода в Интернет.

Вариант 11

Спроектировать ЛВС образовательного учреждения, которая объединяет дирекцию, бухгалтерию, две лаборатории на 10 рабочих мест каждая. Дирекция и бухгалтерия и одна из лабораторий расположены в одном корпусе на территории учреждения. Вторая лаборатория находится в филиале в другой части города. Предусмотреть возможность выхода в Интернет.

Вариант 12

Спроектировать ЛВС которая, объединяет подразделения отделения инспекции по налогам и сборам. Управление и бухгалтерия находятся в офисе, расположенном в здании на Партизана Железняка 46. Отделы по работе с налогоплательщиками размещены в отдельном здании в центре города.

Вариант 13

Спроектировать ЛВС, которая объединяет подразделения отделения инспекции по налогам и сборам. Управление, бухгалтерия, и остальные подразделения размещены на трёх этажах отдельного здания в центре города.

Вариант 14

Спроектировать ЛВС, которая объединяет городскую администрацию и администрации трёх районов города. Городская администрация расположена в пределах одного десятиэтажного здания.

Вариант 15

Спроектировать ЛВС, которая объединяет городскую администрацию и администрации двух районов города. Городская администрация расположена в пределах одного десятиэтажного здания. Администрация одного из районов занимает два здания.

Вариант 16

Спроектировать ЛВС, которая объединяет подразделения городского ЖКХ, расположенных в пределах одного трёхэтажного здания в центре города. Установлено соединение с бухгалтерией по начислению платы за газ.

Вариант 17

Спроектировать ЛВС, которая объединяет подразделения городского ЖКХ. Управление и паспортный стол расположены в пределах одного здания в центре города. Бухгалтерия по начислению квартплаты бухгалтерия по начислению платы за газ находятся в отдельном двухэтажном здании.

Вариант 18

Спроектировать ЛВС, которая объединяет четыре филиала страховой компании, три из которых расположены в разных частях Красноярска. Центральный офис находится в одном из филиалов. Четвёртый филиал находится в районном центре.

Вариант 19

Спроектировать ЛВС, которая объединяет четыре филиала страховой компании, три из которых расположены в разных районных центрах. Центральный офис и четвёртый филиал находятся в Красноярске.

Вариант 20

Спроектировать ЛВС компьютерного клуба, которая объединяет два компьютерных зала на 20 рабочих мест каждый. Залы расположены на разных этажах одного здания. Один зал предназначен для компьютерных игр, другой – для работы в сети Интернет.

Вариант 21

Спроектировать ЛВС узла электросвязи, которая объединяет управление, бухгалтерию по начислению абонентской платы, технический отдел, три кассы по приёму платежей. Управление, бухгалтерия и технический отдел находятся в центре города на трёх этажах отдельного здания. Кассы размещены в разных частях города.

Вариант 22

Спроектировать ЛВС, которая объединяет подразделения редакции газеты. Администрация редакции, бухгалтерия и информационный отдел расположены на трёх этажах отдельного здания. Типография находится в промышленной зоне за чертой города.

Вариант 23

Спроектировать ЛВС, которая печатного издания. Администрация редакции расположена в центре города в отдельном здании. Типография, бухгалтерия и информационный отдел находятся в разных зданиях в другой части города.

Постановка задачи

на выполнение курсового проекта по теме:

«Проектирование локальных вычислительных сетей»

№ п. п.	Этапы выполнения курсового проекта	% выполнения проекта	Срок
1.	Получение задания на курсовую работу, выбор темы	1 %	16.02.12
2.	Выполнение работ, предусмотренных технологией проектирования ЛВС предприятия
	2.а. Постановка задачи	5%	22.02.12
	2.б. Обследование предприятия, решаемые предприятием задачи и его информационные запросы	10%	03.03.12
	2.в. планирование логической структуры сети, выбор топологии сети и методов доступа (выбор сетевой архитектуры), планирование физической структуры сети с привязкой к предприятию	15%	15.03.12
	2.г. технико-экономическое обоснование	14 %	27.03.12
	2.д. выбор сетевой операционной системы, выбор сетевого аппаратного обеспечения	15%	06.04.12
	2.е. разработка спецификаций на сеть (полный перечень аппаратного и программного обеспечения с указанием количества и фирм производителей)	10%	17.04.12
	2.ж. смета на разработку и монтаж сети	10 %	25.04.12
3.	Оформление пояснительной записки	15 %	10.05.12
4.	Проверка курсового проекта преподавателем, получение рецензии на проект	5 %	15.05.12
5.	Защита курсового проекта		25.05.12

Приложение 2

Логическая структуризация сети

Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в ряде случаев, обычно относящихся к сетям большого и среднего размера, невозможно обойтись без логической структуризации сети. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия и других административных образований. Очень часто наиболее интенсивный обмен данными наблюдается между компьютерами, принадлежащими к одной подсети, и только небольшая часть обращений происходит к ресурсам компьютеров, находящихся вне локальных рабочих групп. (До недавнего времени такое соотношение трафиков не подвергалось сомнению, и был даже сформулирован эмпирический закон «80/20», в соответствии с которым в каждой подсети 80 % трафика является внутренним и только 20 % - внешним.) Сейчас характер нагрузки сетей во многом изменился, широко внедряется технология intranet, на многих предприятиях имеются централизованные хранилища корпоративных данных, активно используемые всеми сотрудниками предприятия. Все это не могло не повлиять на распределение информационных потоков. И теперь не редки ситуации, когда интенсивность внешних обращений выше интенсивности обмена между «соседними» машинами. Но независимо от того, в какой пропорции распределяются внешний и внутренний трафик, для повышения эффективности работы сети неоднородность информационных потоков необходимо учитывать.

Сеть с типовой топологией (шина, кольцо, звезда), в которой все физические сегменты рассматриваются в качестве одной разделяемой среды, оказывается неадекватной структуре информационных потоков в большой сети. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела, и это при том, что необходимость в связи между компьютерами двух разных отделов возникает гораздо реже и требует совсем небольшой пропускной способности.

Этот случай иллюстрирует рис. 1.17, а. Здесь показана сеть, построенная с использованием концентраторов. Пусть компьютер А, находящийся в одной подсети с компьютером В, посылает ему данные. Несмотря на разветвленную физическую структуру сети, концентраторы распространяют любой кадр по всем ее сегментам. Поэтому кадр, посылаемый компьютером А компьютеру В, хотя и не нужен компьютерам отделов 2 и 3, в соответствии с логикой работы концентраторов поступает на эти сегменты тоже. И до тех пор, пока компьютер В не получит адресованный ему кадр, ни один из компьютеров этой сети не сможет передавать данные.

Такая ситуация возникает из-за того, что логическая структура данной сети осталась однородной - она никак не учитывает увеличение интенсивности трафика внутри отдела и предоставляет всем парам компьютеров равные возможности по обмену информацией (рис. 1.17, б).



Рис. 1.17. Противоречие между логической структурой сети и структурой информационных потоков

Решение проблемы состоит в отказе от идеи единой однородной разделяемой среды. Например, в рассмотренном выше примере желательно было бы сделать так, чтобы кадры, которые передают компьютеры отдела 1, выходили бы за пределы этой части сети в том и только в том случае, если эти кадры направлены какому-либо компьютеру из других отделов. С другой стороны, в сеть каждого из отделов должны попадать те и только те кадры, которые адресованы узлам этой сети. При такой организации работы сети ее производительность существенно повыситься, так как компьютеры одного отдела не будут простаивать в то время, когда обмениваются данными компьютеры других отделов.

Нетрудно заметить, что в предложенном решении мы отказались от идеи общей разделяемой среды в пределах всей сети, хотя и оставили ее в пределах каждого отдела. Пропускная способность линий связи между отделами не должна совпадать с пропускной способностью среды внутри отделов. Если трафик между отделами составляет только 20 % трафика внутри отдела (как уже отмечалось, эта величина может быть другой), то и пропускная способность линий связи и коммуникационного оборудования, соединяющего отделы, может быть значительно ниже внутреннего трафика сети отдела.

ВНИМАНИЕ Распространение трафика, предназначенного для компьютеров некоторого сегмента сети, только в пределах этого сегмента, называется локализацией трафика. Логическая структуризация сети - это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Для логической структуризации сети используются такие коммуникационные устройства, как мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост (bridge) делит разделяемую среду передачи сети на части (часто называемые логическими сегментами), передавая информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым мост изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети. Локализация трафика не только экономит пропускную способность, но и уменьшает возможность несанкционированного доступа к данным, так как кадры не выходят за пределы своего сегмента и их сложнее перехватить злоумышленнику.

На рис. 1.18 показана сеть, которая была получена из сети с центральным концентратором (см. рис. 1.17) путем его замены на мост. Сети 1-го и 2-го отделов состоят из отдельных логических сегментов, а сеть отдела 3 - из двух логических сегментов. Каждый логический сегмент построен на базе концентратора и имеет простейшую физическую структуру, образованную отрезками кабеля, связывающими компьютеры с портами концентратора.

Рис. 1.18. Логическая структуризация сети с помощью моста

Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров. Это затрудняет распознавание принадлежности того или иного компьютера к определенному логическому сегменту - сам адрес не содержит никакой информации по этому поводу. Поэтому мост достаточно упрощенно представляет деление сети на сегменты - он запоминает, через какой порт на него поступил кадр данных от каждого компьютера сети, и в дальнейшем передает кадры, предназначенные для этого компьютера, на этот порт. Точной топологии связей между логическими сегментами мост не знает. Из-за этого применение мостов приводит к значительным ограничениям на конфигурацию связей сети - сегменты должны быть соединены таким образом, чтобы в сети не образовывались замкнутые контуры.

Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов - по топологии связей, а также ряд других, - привели к тому, что в ряду коммуникационных устройств появился еще один тип оборудования - маршрутизатор (router). Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).

Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. Сеть, представленная на рис. 1.19, отличается от своей предшественницы (см. рис. 1.18) тем, что между подсетями отделов 1 и 2 проложена дополнительная связь, которая может использоваться как для повышения производительности сети, так и для повышения ее надежности.



Рис. 1.19. Логическая структуризация сети с помощью маршрутизаторов

Другой очень важной функцией маршрутизаторов является их способность связывать в единую сеть подсети, построенные с использованием разных сетевых технологий, например Ethernet и Х.25.

Кроме перечисленных устройств отдельные части сети может соединять шлюз (gateway). Обычно основной причиной, по которой в сети используют шлюз, является необходимость объединить сети с разными типами системного и прикладного программного обеспечения, а не желание локализовать трафик. Тем не менее шлюз обеспечивает и локализацию трафика в качестве некоторого побочного эффекта.

Крупные сети практически никогда не строятся без логической структуризации. Для отдельных сегментов и подсетей характерны типовые однородные топологии базовых технологий, и для их объединения всегда используется оборудование, обеспечивающее локализацию трафика, - мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Физическая структуризация сети

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 1.14). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.



Рис. 1.14. Повторитель позволяет увеличить длину сети Ethernet

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.

Нужно подчеркнуть, что в работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 1.15, а). А концентратор Token Ring (рис. 1.15, б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту - на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.



Рис. 1.15. Концентраторы различных технологий

ВНИМАНИЕ Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.

Напомним, что под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают. Например, сеть, представленная на рис. 1.16, а, имеет физическую топологию кольцо. Компьютеры этой сети получают доступ к кабелям кольца за счет передачи друг другу специального кадра - маркера, причем этот маркер также передается последовательно от компьютера к компьютеру в том же порядке, в котором компьютеры образуют физическое кольцо, то есть компьютер А передает маркер компьютеру В, компьютер В - компьютеру С и т. д.

Сеть, показанная на рис. 1.16, б, демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединены по топологии общая шина. Доступ же к шине происходит не по алгоритму случайного доступа, применяемому в технологии Ethernet, а путем передачи маркера в кольцевом порядке: от компьютера А - компьютеру В, от компьютера В - компьютеру С и т. д. Здесь порядок передачи маркера уже не повторяет физические связи, а определяется логическим конфигурированием драйверов сетевых адаптеров. Ничто не мешает настроить сетевые адаптеры и их драйверы так, чтобы компьютеры образовали кольцо в другом порядке, например: В, А, С... При этом физическая структура сети никак не изменяется.



Рис. 1.16. Логическая и физическая топологии сети

Другим примером несовпадения физической и логической топологий сети является уже рассмотренная сеть на рис. 1.15, а. Концентратор Ethernet поддерживает в сети физическую топологию звезда. Однако логическая топология сети осталась без изменений - это общая шина. Так как концентратор повторяет данные, пришедшие с любого порта, на всех остальных портах, то они появляются одновременно на всех физических сегментах сети, как и в сети с физической общей шиной. Логика доступа к сети совершенно не меняется: все компоненты алгоритма случайного доступа - определение незанятости среды, захват среды, распознавание и отработка коллизий - остаются в силе.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какой-либо компьютер сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход - вручную отсоединить сетевой адаптер этого компьютера от кабеля. В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически - концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.