Разработка схемы топологии локальной корпоративной сети, описание ее технических характеристик и решаемых задач

Индивидуальноезаданне: Разработкасхемы топологии локальной корпоративной сети, описание ее техническиххарактеристик и решаемых задач.

            Файл-серверявляется ядром локальной сети. Этот компьютер (обычно высокопроизводительныймини-компьютер) запускает операционную систему и управляет потоком данных,передаваемых по сети. Отдельные рабочие станции и любые совместно используемыепериферийные устройства, такие, как принтеры, - все подсоединяются кфайл-серверу.

            Каждаярабочая станция представляет собой обычный персональный компьютер, работающийпод управлением собственной дисковой операционной системы. Однако в отличие отавтономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевогоинтерфейса и физически соединена кабелями с файлом-сервером. Кроме того,рабочая станция запускает специальную программу, называемой оболочкой сети,которая позволяет ей обмениваться информацией с файл-сервером, другими рабочимистанциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станциииспользовать файлы и программы, хранящиеся на файл-сервере, так же легко, как инаходящиеся на ее собственных дисках.

            Каждыйкомпьютер рабочей станции работает под управлением своей собственной операционнойсистемы (такой, как DOS или OS/2). Чтобы включить каждую рабочую станцию ссостав сети, оболочка сетевой операционной системы загружается в началооперационной системы компьютера.

            Оболочкасохраняет большую часть команд и функций операционной системы, позволяя рабочейстанции в процессе работы выглядеть как обычно. Оболочка просто добавляетлокальной операционной системе больше функций и придает ей гибкость.

            Термин"топология сети" относится к пути, по которому данные перемещаются посети. Существуют три основных вида топологий: "общая шина","звезда" и "кольцо".

            Топология"общая шина" предполагает использование одного кабеля, к которомуподключаются все компьютеры сети (Смотреть рисунок № 1.1). В случае "общая шина"кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаютсяспециальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры немешали друг другу передавать и принимать данные.

            Втопологии "общая шина" все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами,подключенными к сети. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельныхкомпьютеров не нарушит работоспособности сети в целом. Поиск неисправностей вкабеле затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случаеобрыва нарушается работа всей сети.

            На(рисунке № 2.1)показаныкомпьютеры, соединенные звездой. В этом случае каждый компьютер черезспециальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющемуустройству.

            Принеобходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией"звезда", при этом получаются разветвленные конфигурации сети.

            Сточки зрения надежности эта топология не является

наилучшимрешением, так как выход из строя центрального узла приведет к остановке всейсети. Однако при использовании топологии "звезда" легче найтинеисправность в кабельной сети.

            Используетсятакже топология "кольцо" (рисунок№ 3.1).В этом случае данные передаются от одного компьютера к другому как бы поэстафете. Если компьютер получит данные, предназначенные для другогокомпьютера, он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены дляполучившего их компьютера, они дальше не передаются.

            Локальнаясеть может использовать одну из перечисленных топологий. Это зависит отколичества объединяемых компьютеров, их взаимного расположения и другихусловий. Можно также объединить несколько локальных сетей, выполненных сиспользованием разных топологий, в единую локальную сеть. Может, например,древовидная топология.

            Вразличных сетях существуют различные процедуры обмена данными в сети. Этипроцедуры называются протоколами передачи данных, которые описывают методыдоступа к сетевым каналам данных.

            Наибольшеераспространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet,Arcnet и Token-Ring.

            Этометод доступа, разработанный фирмой Xerox в 1975 году, пользуется наибольшейпопулярностью. Он обеспечивает высокую скорость передачи данных и надежность.

            Дляданного метода доступа используется топология "общая шина". Поэтомусообщение, отправляемое одной рабочей станцией, принимается одновременно всемиостальными, подключенными к общей шине. Но сообщение, предназначенное толькодля одной станции (оно включает в себя адрес станции назначения и адрес станцииотправителя). Та станция, которой предназначено сообщение, принимает его,остальные игнорируют.

            Методдоступа Ethernet является методом множественного доступа с прослушиваниемнесущей и разрешением коллизий (конфликтов) (CSMA/CD - Carier Sense MultipleAccess with Collision Detection).

            Передначалом передачи рабочая станция определяет, свободен канал или занят. Есликанал свободен, станция начинает передачу.

            Ethernetне исключает возможности одновременной передачи сообщений двумя или несколькимистанциями. Аппаратура автоматически распознает такие конфликты, называемыеколлизиями. После обнаружения конфликта станции задерживают передачу нанекоторое время. Это время небольшое и для каждой станции свое. После задержкипередача возобновляется.

            Реальноконфликты приводят к уменьшению быстродействия сети только в том случае, еслиработает порядка 80-100 станций.

            Этотметод доступа разработан фирмой Datapoint Corp. Он тоже получил широкоераспространение, в основном благодаря тому, что оборудование Arcnet дешевле,чем оборудование Ethernet или Token -Ring. Arcnet используется в локальныхсетях с топологией "звезда". Один из компьютеров создает специальныймаркер (сообщение специального вида), который последовательно передается отодного компьютера к другому.

            Еслистанция желает передать сообщение другой станции, она должна дождаться маркераи добавить к нему сообщение, дополненное адресами отправителя и назначения.Когда пакет дойдет до станции назначения, сообщение будет "отцеплено"от маркера и передано станции.

 Метод доступа Token-Ring.

            Методдоступа Token-Ring был разработан фирмой IBM и рассчитан на кольцевую топологиюсети.

            Этотметод напоминает Arcnet, так как тоже использует маркер, передаваемый от однойстанции к другой. В отличие от Arcnet, при методе доступа Token-Ring имеетсявозможность назначать разные приоритеты разным рабочим станциям.

            АппаратураEthernet обычно состоит из кабеля, разъемов, Т-коннекторов, терминаторов исетевых адаптеров. Кабель, очевидно, используется для передачи данных междурабочими станциями. Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемычерез Т-коннекторы подключаются к сетевым адаптерам - специальным платам,вставленным в слоты расширения материнской платы рабочей станции. Терминаторыподключаются к открытым концам сети.

            ДляEthernet могут быть использованы кабели разных типов: тонкий коаксиальныйкабель, толстый коаксиальный кабель и неэкранированная витая пара. Для каждоготипа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения к сетевомуадаптеру.

            Взависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальнаядлина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю.

            Какправило, скорость передачи данных в сети Ethernet достигает 10 Мбит в секунду,что достаточно для многих приложений.

            Рассмотрим подробно состав аппаратных средствEthernet для различных типов кабеля.

            Толстыйкоаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0.4 дюйма и волновоесопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют "желтым кабелем".Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт IEEEопределил спецификацию на этот кабель - 10BASES.

            Нарис. 4 схематически изображена локальная сеть на основе толстого коаксиальногокабеля.

            Здесьприведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделеннымрепитером. В каждом сегменте находятся 3 рабочие станции.

            Каждаярабочая станция через сетевой адаптер (установлен на материнской платекомпьютера и на рисунке не показан) специальным многожильным трансивернымкабелем подключается к устройству, называемому трансивером. Трансивер служитдля подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

            Накорпусе трансивера имеется 3 разъема: два - для подключения толстогокоаксиального кабеля, и один - для подключения трансиверного кабеля.

            Втаблице 2 перечислены устройства, необходимые для подключения рабочей станции ктолстому коаксиальному кабелю.

            Ксожалению, длина одного сегмента ограничена, и для толстого кабеля не можетпревышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходиморазбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство -репитер.

            Нарисунке изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длинасети может достигать одного километра.

            Междусобой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля сприпаянными к их концам коаксиальными  Оборудование дляподключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю Ethernetразъемами.  

     Таблица 2.

Существуют идругие ограничения кроме максимальной длины коаксиального кабеля.

            Ограничения для Ethernetна толстом кабеле

            Кромеограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количествосегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), намаксимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на максимальнуюдлину трансиверного кабеля.

            Однаков большинстве случаев эти ограничения не существенны. Более того, возможноститолстого кабеля избыточны.

            Итак,перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на толстом кабеле:

Þ  N-коннектор

Þ  N-терминатор

Þ  N-Barrel-коннектор

Þ  N-терминатор сзаземлением

Þ  DIX-коннектор

Þ  Трансивер

            Тонкийкоаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр 0.2 дюйма иволновое сопротивление 50 Ом. Импортный кабель называется RG-58A/U исоответствует спецификации 10BASE2. Можно также использовать кабель РК-50,выпускаемый нашей промышленностью.

            СетьEthernet на тонком кабеле существенно проще, чем на толстом.

            Какправило, все сетевые адаптеры имеют два разъема. Один из них предназначен дляподключения многожильного трансиверного кабеля, второй - для подключениянебольшого тройника, называемого Т-коннектором. Т-коннектор с одной стороныподключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаютсяотрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах.При этом получается, что коаксиальный кабель подключается как бынепосредственно к сетевому адаптеру, поэтому не нужны трансивер и трансиверныйкабель.

            Наконцах сегмента должны находиться терминаторы, которые подключаются к свободнымконцам Т-коннекторов. Один (и только один!) терминатор в сегменте должен бытьзаземлен.

            Сетина тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстогокабеля (таблица 4). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого длясоздания сети на тонком кабеле, существенно меньше.

            Следует отметить, чтонекоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длинесегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптерыстоят дороже и вся сеть в этом случае должна быть сделана с использованиемадаптеров только одного типа.

Ограничения для Ethernet на тонкомкабеле.

Таблица 4.    

Минимальное расстояние между точками

Подключения рабочих станций

Как правило,большинство сетей Ethernet создано именно на базе тонкого кабеля.

Итак,перечислим оборудование, необходимое для сети Ethernet на тонком кабеле:

Þ  BNC-коннектор

Þ  BNC-терминатор

Þ  BNC-Barrel-коннектор

Þ  BNC-терминаторс заземлением

Þ  T-коннектор

            Некоторые (но не все) сетевые адаптерыEthernet способны работать с кабелем, представляющем собой простуюнеэкранированную витую пару проводов (спецификация 10BASE-T). В качестве такогокабеля можно использовать обычный телефонныйпровод и уже имеющуюся в вашей организации телефонную сеть.

            Сетевыеадаптеры, способные работать с витой парой, имеют разъем, аналогичныйприменяемому в импортных телефонных аппаратах.

            Для сети Ethernet набазе витой пары необходимо специальное устройство - концентратор. К одномуконцентратору через все те же телефонные розетки можно подключить до 12 рабочихстанций. Максимальное расстояние от концентратора до рабочей станции составляет100 метров, при этом скорость передачи данных такая же, как и для коаксиальногокабеля, - 10 Мбит в секунду.

            Достоинства сети на базевитой пары очевидны - низкая стоимость оборудования и возможность использованияимеющейся телефонной сети. Однако есть серьезные ограничения на количество станцийв сети и на ее длину.