Разработка локальной вычислительной сети технологии GIGABIT Ethernet

Разработка локальной вычислительной сети технологии GIGABIT Ethernet

Министерство образования и науки

Российской Федерации

ОГБОУ СПО «Рязанский колледж электроники»

Кафедра информационных технологий и вычислительной техники

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема проекта: Разработка локальной вычислительной сети технологии GIGABIT Ethernet

Пояснительная записка к курсовому проектированию

по дисциплине: Компьютерные сети и телекоммуникации

-06-15

Введение

В данном курсовом проекте необходимо выполнить работу по разработке компьютерной сети с применением технологии Gigabit Ethernet. В качестве топологии выбрана топология «Звезда», так как это было указано в задании.

Компьютерные сети - это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.

Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:

·    Хранение и обработка данных;

·    Организация доступа пользователей к данным;

·    Передача данных и результатов обработки пользователям.

Виды компьютерных сетей.

Компьютерные сети, в зависимости от охватываемой территории, подразделяются на:

·    локальные (ЛВС ,LAN-Local Area Network);

·        региональные (РВС,MAN - Metropolitan Area Network);

·        глобальные (ГВС, WAN - Wide Area Network).

Достоинства компьютерных сетей.

Компьютерная сеть позволит совместно использовать периферийные устройства, включая:

·    принтеры;

·        плоттеры;

·        дисковые накопители;

·        приводы CD-ROM;

·        дисководы;

·        сканеры;

·        факс-модемы.

Компьютерная сеть позволяет совместно использовать информационные ресурсы:

·    каталоги;

·        файлы;

·        прикладные программы;

·        игры;

·        базы данных;

·        текстовые процессоры.

Компьютерная сеть позволит работать с многопользовательскими программами, обеспечивающими одновременный доступ всех пользователей к общим базам данных с блокировкой файлов и записей, обеспечивающей целостность данных. Любые программы, разработанные для стандартных ЛВС, можно использовать в сети.

Совместное использование ресурсов обеспечит существенную экономию средств и времени. Например, Вы сможете коллективно использовать один лазерный принтер вместо покупки принтера каждому сотруднику или беготни с дискетами к единственному принтеру при отсутствии сети.

Раздел 1. Описание технологии сети

Стандарты Gigabit Ethernet.

Основные усилия рабочей группы IEEE 802.3z направлены на определение физических стандартов для Gigabit Ethernet. За основу она взяла стандарт ANSI X3T11 Fibre Channel, точнее, два его нижних подуровня: FC-0 (интерфейс и среда передачи) и FC-1 (кодирование и декодирование). Зависимая от физической среды спецификация Fibre Channel определяет в настоящее время скорость 1,062 гигабод в секунду. В Gigabit Ethernet она была увеличена до 1,25 гигабод в секунду. С учетом кодирования по схеме 8B/10B мы получаем скорость передачи данных в 1 Гбит/с.

Спецификация Gigabit Ethernet изначально предусматривала три среды передачи: одномодовый и многомодовый оптический кабель с длинноволновыми лазерами 1000BaseLX для длинных магистралей для зданий и комплексов зданий, многомодовый оптический кабель с коротковолновыми лазерами 1000BaseSX для недорогих коротких магистралей, симметричный экранированный короткий 150-омный медный кабель 1000BaseCX для межсоединения оборудования в аппаратных и серверных.

Однако в настоящее время четырехпарная 100-омная проводка Категории 5 является наиболее распространенной кабельной системой во всем мире. Учитывая это, бюро по стандартам IEEE удовлетворило в марте 1997 г. запрос на создание отдельного комитета по разработке стандарта физического уровня 1000BaseT для четырехпарных кабелей с неэкранированными витыми парами Категории 5 длиной 100 м (т. е. для сетей с диаметром 200 м, как и в 100BaseT). Эта группа получила наименование 803.2ab. Данный стандарт будет опираться на иную схему rодирования, нежели Fibre Channel, и, вероятнее всего, появится на год позже, чем остальные три стандарта.

Таблица 1. Стандарты и приложения

Все четыре стандарта отличаются покрываемыми расстояниями и планируемыми применениями (см. Табл. 1).

Расширение несущей

Один из ключевых вопросов для Gigabit Ethernet - это максимальный размер сети. При переходе от Ethernet к Fast Ethernet сохранение минимального размера кадра привело к уменьшению диаметра сети с 2 км для 10BaseT до 200 м для 100BaseT. Однако перенос без изменения всех отличительных составляющих Ethernet - минимального размера кадра, времени обнаружения коллизии (или кванта времени - time slot) и CSMA/CD - на Gigabit Ethernet обернулся бы сокращением диаметра сети до 20 м. Очевидно, что в этом случае станции в разделяемой сети оказались бы в буквальном смысле "на коротком поводке", поэтому рабочий комитет 802.3z предложил увеличить время обнаружения коллизии с тем, чтобы сохранить прежний диаметр сети в 200 м. Такое переопределение подуровня MAC необходимо для Gigabit Ethernet, иначе отстоящие друг от друга на расстоянии 200 м станции не смогут обнаружить конфликт, когда они обе одновременно передают кадр длиной 64 байт.

Предложенное решение было названо расширением несущей (carrier extension). Суть его в следующем. Если сетевой адаптер или порт Gigabit Ethernet передает кадр длиной менее 512 байт, то он посылает вслед за ним биты расширения несущей, т. е. время обнаружения конфликта увеличивается. Если за время передачи кадра и расширения несущей отправитель зафиксирует коллизию, то он реагирует традиционным образом: подает сигнал затора (jam signal) и применяет механизм отката (back-off algorithm).

Очевидно, однако, что если все станции (узлы) передают кадры минимальной длины (64 байт), то реальное повышение производительности составит всего 12,5% (125 Мбит/с вместо 100 Мбит/с). Мы выбрали худший вариант, но даже с учетом того, что средняя длина кадра составляет на практике 200-500 байт, пропускная способность возрастет всего лишь до 300-400 Мбит/с. Конечно, зачастую и такого повышения достаточно, но все же подобное решение очень уж неэффективно.

С целью повышения эффективности Gigabit Ethernet комитет предложил метод пакетной передачи кадров (к сожалению, термин "пакетная передача", как обычно переводится на русский язык английское понятие "bursting", может привести к путанице, так как он подразумевает передачу серии кадров подряд, а не протокольный блок данных третьего уровня (пакет)). В соответствии с этим методом короткие кадры накапливаются и передаются вместе. Передающая станция заполняет интервал между кадрами битами расширения несущей, поэтому другие станции будут воздерживаться от передачи, пока она не освободит линию.

Проведенное AMD моделирование показывает, что в полудуплексной топологии с коллизиями сеть Gigabit Ethernet позволяет достичь пропускной способности 720 Мбит/с при полной нагрузки сети (см. Рисунок 1). Тем не менее, подобные ухищрения (расширение несущей и пакетная передача кадров) свидетельствуют о том, что метод доступа к среде CSMA/CD в его теперешнем виде себя практически изжил.

Формат кадра Gigabit Ethernet.

Рисунок 1.- Формат кадра Gigabit Ethernet

Раздел 2. Анализ существующей топологии сети и ее ресурсов

Звезда - базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня - коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт - получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько - зависит от коммутатора.

Активная звезда

В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера.

Пассивная звезда

В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или коммутатор, что выполняет ту же функцию, что и повторитель. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. Все пользователи в сети равноправны.

Сравнение с другими типами сетей

Достоинства

·        выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

·              хорошая масштабируемость сети;

·              лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

·              высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

·              гибкие возможности администрирования.

Недостатки

·        выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

·              для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

·              конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Раздел 3. Выбор размера и структуры сети

.1 Выбор структуры управления сетью

Каждая фирма формулирует собственные требования конфигурации сети, определяемые характером решаемых задач. В первую очередь необходимо установить, сколько человек будет работать в сети. Количество рабочих станций напрямую зависит от предполагаемого числа сотрудников. Фирме, построенной по принципу вертикальной структуры точно известно какой сотрудник и к какой информации должен иметь доступ, поэтому в данной сети будем использовать сеть с выделенным сервером. Только в такой сети существует возможность администрирования прав доступа к определенным ресурсам сразу для группы пользователей.

В офисном здании имеется 50 рабочих станций, которые требуется объединить в локальную сеть. При этом они должны быть объединены в следующие группы:

. Директор предприятия - 2 рабочих станции;

. Отдел информационной и технической поддержки - 2 рабочих станции;

. Отдел разработки - 20 рабочих станций;

. Отдел тестирования - 7 рабочих станций;

. Финансовый отдел - 6 рабочих станции;

. Отдел оформления заказов - 3 рабочих станции;

. Отдел информационной безопасности - 6 рабочих станций;

. Отдел web-дизайна - 4 рабочих станции.

Рисунок 3.1. План помещения. Этаж 1

Рисунок 3.2. План помещения. Этаж 2.

Рисунок 3.3. План помещения. Этаж 3

Рисунок 3.4. План помещения. Этаж 4

3.2 Разработка функциональной схемы ЛВС

Рассмотрим организационно-штатную структуру предприятия (Рис. 3.5.). Во главе стоит генеральный директор. В структуру предприятия входит 8 отделов.

На предприятии существует 3 типа потоков информации: распоряжения, доклады, оперативная информация.

Отделы предприятия: разработки - занимается разработкой программ, программированием, отладкой;

тестирования - занимается тестированием программ, обнаружением ошибок в исходных кодах;

информационной и технической поддержки - поддерживает работоспособность программно-аппаратного комплекса;

финансовый - состоит из двух служб (бухгалтерская, кадровая)

отдел интернет-разработок - занимается разработкой сайтов, продвижением, Web-дизайном;

отдел информационной безопасности - обеспечивает защиту информации, препятствует взлому и краже разработок компании.

Всего на предприятии задействовано 50 персональных компьютеров

Рисунок 3.5. Функциональная схема сети.

.3