Локальная вычислительная сеть

Локальная вычислительная сеть

Введение

Компьютеры появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек может с твердой уверенностью сказать, что будущее - за компьютерными технологиями.

Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир.

Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком.

Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК определенного вида водорослей, и способных хранить громадные объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.

Большой успех в последнее время получили так называемые виртуальные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие в совокупности. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.

Компьютеры уже прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, тем самым создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением.

Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения.

В настоящее время локальные вычислительные сети (ЛВС) получили очень широкое распространение.

Понятие вычислительной сети

Вычислительная сеть - ВС [network] - это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов:

связных ЭВМ,

каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических)

коммутирующей аппаратуры и др.

В зависимости от удалённости ЭВМ, входящих в ВС, сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Локальная сеть - ЛВС [local area network - LAN] - это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

1. Цели создания компьютерной сети

Локальная сеть данного отдела должна выполнять следующие функции:

Создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

Повышение достоверности информации и надежности ее хранения путем создания устойчивой к сбоям и потери информации вычислительной системы, а так же создание архивов данных которые можно использовать в дальнейшем, но на текущий момент необходимости в них нет.

Обеспечения эффективной системы накопления, хранения и поиска технологической, технико-экономической и финансово-экономической информации по текущей работе и проделанной некоторое время назад (архивная информация) с помощью создания глобальной базы данных.

Обработка документов и построения на базе этого действующей системы анализа, прогнозирования и оценки обстановки с целью принятия оптимального решения и выработки глобальных отчетов.

Обеспечивать прозрачный доступ к информации авторизованному пользователю в соответствии с его правами и привилегиями.

2. Постановка задачи

Спроектировать ЛВС для сети магазинов на основе технологии Ethernet с использованием беспроводных технологий.

Исходные данные:

Количество зданий - 1

Количество этажей - 6

3. Разработка конфигурации сети

Возможно наиболее важным требованием к конфигурации NFS-сервера является обеспечение достаточной полосы пропускания и степени готовности сети. Это требование на практике трансформируется в необходимость создания конфигурации с соответствующим количеством и типом сетей и интерфейсов.

Как отмечалось ранее, наиболее важным фактором, определяющим выбор конфигурации сети, является доминирующий тип операций NFS, используемых приложениями. Для приложений с интенсивной нагрузкой по данным требуется относительно небольшое количество сетей, но эти сети должны иметь большую полосу пропускания, как например, в сетях FDDI или CDDI. Эти требования могут удовлетворяться также с помощью сетей 100baseT (Ethernet 100 Мбит/с) или ATM (Asynchronous Transfer Mode 155 Мбит/с). Большинство интенсивных по атрибутам приложений работают и при наличии менее дорогой инфраструктуры, хотя может потребоваться большое количество сетей.

Принять решение по выбору типа сети сравнительно просто. Если для работы индивидуального клиента требуется агрегатированная скорость передачи данных, превышающая 1 Мбайт/с, или если для одновременной работы нескольких клиентов необходима полоса пропускания сети, превышающая 1 Мбайт/с, то такие приложения требуют применения высокоскоростных сетей. Реально эта цифра (1 Мбайт/с) искусственно завышена, поскольку она характеризует скорость передачи данных, которую вы гарантируете не превышать. Обычно более разумно рассматривать скорость сети Ethernet равной примерно 440 Кбайт/с, а не 1 Мбайт/с. (Обычно пользователи воспринимают Ethernet как "неотвечающую" уже примерно при 35% загрузке сети. Приведенная здесь цифра 440 Кбайт/с соответствует 35%-ной загрузке линии с пропускной способностью 1.25 Мбайт/с).

Если приложение в установившемся режиме работы не требует широкой полосы пропускания, то возможно будет достаточна менее скоростная сетевая среда типа Ethernet или TokenRing. Эта среда обеспечивает достаточную скорость передачи данных при выполнении операций lookup и getattr, которые доминируют в приложениях с интенсивным использованием атрибутов, а также относительно легкий трафик данных, связанный с таким использованием.

Использование высокоскоростных сетей для предотвращения перегрузки

Высокоскоростные сети наиболее полезны для обслуживания больших групп клиентов с интенсивной нагрузкой по данным скорее из-за более низкой стоимости инфраструктуры, а не по причине обеспечения максимальной пропускной способности при взаимодействии одной системы с другой. Причиной этого является текущее состояние протокола NFS, который в настоящее время работает с блоками данных длиной 8 Кбайт и обеспечивает предварительную выборку только 8 Кбайт (т.е. в одной операции с сервером можно определить максимально 16 Кбайт данных).

Общий эффект такой организации проявляется в том, что максимальная скорость передачи данных между клиентом и сервером, которые взаимодействуют через кольцо FDDI, составляет примерно 2.7 Мбайт/с. (Эта скорость достигается только при добавлении в файл /etc/system на клиенте оператора set nfs: nfs_async_threads = 16. Клиенты SunOS 4.1.x должны запускать 12 демонов biod, а не 8, как это делается по умолчанию). Эта скорость всего в три раза превосходит максимальную скорость, которую обеспечивает Ethernet несмотря на то, что скорость среды FDDI в десять раз больше. (NFS представляет собой протокол прикладного уровня (уровня 7 в модели OSI). Протоколы более низких уровней, такие как TCP и UDP могут работать с гораздо более высокими скоростями, используя те же самые аппаратные средства. Большая часть времени тратится на ожидание ответов и другую обработку прикладного уровня. Другие протоколы прикладного уровня, которые не рассчитаны на немедленное получение ответа и/или подтверждения, также могут эффективно использовать значительно более высокую скорость среды). Пиковая скорость при использовании 16 Мбит/с Token Ring составляет примерно 1.4 Мбайт/с. Сравнительно недавно была анонсирована новая версия протокола NFS+, которая устраняет этот недостаток, разрешая работу с блоками значительно больших размеров. NFS+ допускает пересылку блоков данных почти произвольных размеров. Клиент и сервер договариваются о максимальном размере блока при каждом монтировании файловой системы. При этом размер блока может увеличиваться до 4 Гбайт.

Главное преимущество 100-Мбитных сетей при работе с обычными версиями NFS заключается в том, что эти сети могут поддерживать много одновременных передач данных без деградации. Когда сервер пересылает по Ethernet данные клиенту со скоростью 1 Мбайт/с, то такая передача потребляет 100% доступной полосы пропускания сети. Попытки передачи по этой сети большего объема данных приводят к более низкой пропускной способности для всех пользователей. Те же самые клиент и сервер могут осуществлять пересылки данных со скоростью 2.7 Мбайт/с по кольцу FDDI, но в более высокоскоростной сети эта транзакция потребляет только 21% доступной полосы пропускания. Сеть может поддерживать пять или шесть пересылок одновременно без серьезной деградации.

Эту ситуацию лучше всего можно сравнить со скоростной магистралью. Когда движение небольшое (легкий трафик) скоростная магистраль с двумя полосами и ограничением скорости в 90 км в час почти так же хороша, как и восьмиполосная супермагистраль с ограничением скорости 120 км в час. Но когда движение очень интенсивное (тяжелый трафик) супермагистраль гораздо менее чувствительна к перегрузке.

Сеть FDDI также немного (примерно на 5%) более эффективна по сравнению с Ethernet и Token Ring в среде с интенсивной пересылкой данных, поскольку в ее пакете можно разместить больший объем полезных данных (4500 байт по сравнению с 1500 байт у Ethernet и 2048 байт у Token Ring). При пересылках данных объемом 8 Кбайт требуется обработать всего два пакета по сравнению с пятью-шестью для Token Ring или Ethernet. Но все эти рассуждения имеют смысл только для среды с интенсивной передачей данных, поскольку объем атрибутов при обработке соответствующих запросов настолько мал (по 80-128 байт), что для их передачи требуется только один пакет независимо от типа используемой сети. Если существующая на предприятии проводка сети заранее исключает возможность применения оптоволоконной среды FDDI, то существуют стандарты "FDDI по медным проводам" (CDDI), которые обеспечивают возможность предотвращения перегрузки сети при сохранении существующей разводки на основе витой пары.

Хотя ATM до сих пор не превратилась в повсеместно применяемую технологию, возможно в будущем она станет основным средством для среды с интенсивной пересылкой данных, поскольку она обеспечивает более высокую скорость передачи данных (в настоящее время определены скорости передачи данных 155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 2.4 Гбит/с), а также использует топологию точка-точка, в которой каждое соединение клиент-хаб может работать со своей определенной скоростью среды.

минимальная длина кабельного сегмента - 4 м.

максимальная общая длина сети - 1000 м.

Проектируемая локальная сеть будет одноранговой. В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности.

Рисунок 1 - план здания 1 этаж.

Рисунок 2 - план здания 2 этаж.

Рисунок 3 - план здания 3 этаж.

Рисунок 4 - план здания 4 этаж.

Рисунок 5 - план здания 5 этаж.

Рисунок 6 - план здания 6 этаж.

4. Выбор оборудования

D-Link "DSR-500N"

Интернет-центр для подключения по выделенной линии Ethernet, с точкой доступа Wi-Fi D-Link "DSR-500N" WiFi 300Мбит/сек. + 4 порта LAN 1Гбит/сек. + 2 порта WAN 1Гбит/сек + 1 порт USB2.0:

Коммутатор D-Link DES-1005D/L2

Коммутатор DES-1005D оснащен 5 портами 10/100 Мбит/с с автоопределением скорости, позволяющими небольшой рабочей группе легко подключиться к сетям Ethernet и Fast Ethernet.

Коннектор RJ-45:

Для подключения кабеля сети на основе витой пары.      

Кабель категории 5е

Тип кабеля для передачи сигналов, состоящий из 4-х витых пар. Этот тип используется в структурированных кабельных системах для компьютерных сетей, таких как Ethernet. Он также используется для телефонии и передачи видео-сигналов. Кабель терминируется модульным разъемом RJ45.

Таблица 1 - перечень оборудования

локальный вычислительный сеть коннектор

5. Проектирование и моделирование ЛВС

Сеть содержит 1 точку доступа D-Link "DSR-500N" так же к точке доступа подключается 6 маршрутизаторов D-Link DES-1005D/L2.

Рисунок 7 - граф сети

 - интернет

R1 - интернет-центр D-Link "DSR-500N"

S1 - S6 - коммутаторы D-Link DES-1005D/L2 1 - CPU 20 - Персональные компьютеры

Проект сети был выполнен в программе FPinger.

Рисунок 8 - проект сети

Моделирование ЛВС проходило в программе NetEmul

Рисунок 9 - модель сети

Рисунок 10 - таблица коммутации интернет центра R1

Рисунок 11 - таблица коммутации коммутатора S1

Рисунок 12 - таблица коммутации коммутатора S2

Рисунок 13 - таблица коммутации коммутатора S3

Рисунок 14 - таблица коммутации коммутатора S4

Рисунок 15 - таблица коммутации коммутатора S5

Рисунок 16 - таблица коммутации коммутатора S6

По результатам моделирования сеть соответствует всем требованиям и полностью функционирует.

Заключение

В ходе расчетно-графической работы была разработана локальная компьютерная сеть для УФМС России в г. Туапсе, объединившая 6 этажей и 21 рабочую станцию.

Описанная локальная сеть полностью удовлетворяет потребностям данного государственного учреждения , позволяет ему быстро и эффективно функционировать. Причем внедрение сети привело к значительному повышению качества и точности работы, полному контролю и автоматизации документооборота.

В данной работе были проанализированы цели создания и этапы проектирования ЛВС. Хотелось бы подчеркнуть необходимость оптимального выбора конфигурации сети, которая наиболее лучшим способом включала в себя все компоненты. Достигнуть решения данной проблемы удается только при учете всех характерных особенностей предметной области и технической стороны вопроса.

Используемая литература

.        Аппаратные средства локальной сети. Энциклопедия. Кварцов И.Я. 2005г.

.        Современные компьютерные сети. Моргунов Ж.Ц. 2008г.

.        Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Акропов П.Ц. 2006г.

.        http://ulmart.ru/