Проектирование ЛВС

Введение

На сегодняшний день в мире существует более 250 миллионов компьютеров и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet, FidoNet, FREEnet и т.д. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, E–Mail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право игнорировать и не применять их на практике.

Зачастую возникает необходимость в разработке принципиального решения вопроса по организации ИВС (информационно–вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающей современным научно–техническим требованиям с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Постановка задачи.

На текущем этапе развития объединения компьютеров сложилась ситуация когда:

В определенном замкнутом пространстве имеется большое количество компьютеров работающих отдельно от всех остальных компьютеров и не имеющих возможность гибко обмениваться с другими компьютерами информацией.

Невозможно создание общедоступной базы данных, накопление информации при существующих объемах и различных методах обработки и хранения информации.

Существующие ЛВС объединяют в себе небольшое количество компьютеров и работают только над конкретными и узкими задачами.

Накопленное программное и информационное обеспечение не используется в полном объеме и не имеет общего стандарта хранения данных.

При имеющейся возможности подключения к глобальным вычислительным сетям типа Internet необходимо осуществить подключение к информационному каналу не одной группы пользователей, а всех пользователей с помощью объединения в глобальные группы.

Анализ методов решения задачи.

Для решения данной проблемы предложено создать единую информационную сеть (ЕИС) предприятия. ЕИС предприятия 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.

В данной работе на практике рассмотрено решение 1–го пункта поставленной задачи – создание единого информационного пространства, путем рассмотрения и выбора лучшего из существующих способов или их комбинации.

Рассмотрим проблему шире. Упрощая задачу, можно сказать, что это локальная вычислительная сеть (ЛВС).

Что такое ЛВС? Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностью – иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть – ЛВС (англ. LAN – Local Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и иерархические – сети (с разделением функций подключенных компьютеров) . В одноранговой сети все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны, но все еще широко применяются для решения простых задач. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей использует выделенные серверы. Выделенным называется такой компьютер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции и только предоставляя ресурсы прочим участникам сети). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Иерархические сети стали промышленным стандартом, и именно они будут рассмотрены в этой работе. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

● Разделение ресурсов.

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как печатающие устройства, внешние устройства хранения информации, модемы и т.д. со всех подключенных рабочих станций.

● Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

● Разделение программных средств.

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

● Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть. Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

● Многопользовательский режим.

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, обычно, заранее установленных на сервере приложения (англ. Application Server).

Все компьютеры, объединенные в сеть работают в одном стандарте - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Эталонная модель OSI.

Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 гг. Международная Организация по Стандартизации (ISO) признала необходимость в создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать реализации взаимодействующих сетей. Эту потребность удовлетворяет эталонная модель "Взаимодействие Открытых Систем" (OSI), выпущенная в 1984 г. Эталонная модель OSI быстро стала основной архитектурной моделью для передачи межкомпьютерных сообщений. Несмотря на то, что были разработаны другие архитектурные модели (в основном патентованные), большинство поставщиков сетей, когда им необходимо предоставить обучающую информацию пользователям поставляемых ими изделий, ссылаются на них как на изделия для сети, соответствующей эталонной модели OSI. И действительно, эта модель является самым лучшим средством, имеющемся в распоряжении тех, кто надеется изучить технологию сетей.

Иерарахическая связь.

Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана потому, что она относительно автономна, и следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию. Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, провода) от одной прикладной программы (например, программы обработки крупноформатных таблиц) до другой прикладной программы, находящейся в другом компьютере. Т.к.информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все меньше похожей на человеческий язык и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно "единицы" и "нули". В качестве примера связи типа OSI предположим, что Система А на Рис. Figure 1-1 имеет информацию для отправки в Систему В. Прикладная программа Системы А сообщается с Уровнем 7 Системы А (верхний уровень), который сообщается с Уровнем 6 Системы А, который в свою очередь сообщается с Уровнем 5 Системы А, и т.д. до Уровня 1 Системы А. Задача Уровня 1 - отдавать (а также забирать) информацию в физическую среду сети. После того, как информация проходит через физическую среду сети и поглощается Системой В, она поднимается через слои Системы В обратном порядке (сначала Уровень 1 , затем Уровень 2 и т.д.), пока она наконец не достигнет прикладную программу Системы В.

Р
ис1. Семиуровневая модель OSI

Хотя каждый из уровней Системы А может сообщаться со смежными уровнями этой системы, их главной задачей является сообщение с соответствующими уровнями Системы В. Т.е. главной задачей Уровня 1 Системы А является связь с Уровнем 1 Системы В; Уровень 2 Системы А сообщается с Уровнем 2 Системы В и т.д. Это необходимо потому, что каждый уровень Системы имеет свои определенные задачи, которые он должен выполнять. Чтобы выполнить эти задачи, он должен сообщаться с соответствующим уровнем в другой системе.

Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями других систем. Следовательно, каждый уровень Системы А должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями Системы А, чтобы помочь осуществить связь с соответствующим ему уровнем Системы В. Взаимоотношения между смежными уровнями отдельной системы показаны на Рис.1-2.

Р
ис2. Взаимодействие смежных уровней

Предположим, что Уровень 4 Системы А должен связаться с Уровнем 4 Системы В. Чтобы выполнить эту задачу, Уровень 4 Системы А должен воспользоваться услугами Уровня 3 Системы А. Уровень 4 называется "пользователем услуг", а Уровень 3 - "источником услуг". Услуги Уровня 3 обеспечиваются Уровню 4 в "точке доступа к услугам" (SAP), которая представляет собой просто местоположение, в котором Уровень 4 может запросить услуги Уровня 3. Как видно из рисунка, Уровень 3 может предоставлять свои услуги множеству об'ектов Уровня 4.

Форматы информации.

Каким образом Уровень 4 Системы В узнает о том, что необходимо Уровню 4 Системы А? Специфичные запросы Уровня А запоминаются как управляющая информация, которая передается между соответствующими уровнями в блоке, называемом заголовком; заголовок предшествуют фактической прикладной информации. Например, предположим, что Система А хочет отправить в Систему В следующий текст (называемый "данные"и ли "информация"): The small grey cat ran up the wall to try to catch the red bird.

Этот текст передается из прикладной программы Системы А в верхний уровень этой системы. Прикладной уровень Системы А должен передать определенную информацию в прикладной уровень Системы В, поэтому он помещает управляющую информацию (в форме кодированного заголовка) перед фактическим текстом, который должен быть передан. Этот информационный блок передается в Уровень 6 Системы А, который может предварить его своей собственной управляющей информацией. Размеры сообщения увеличиваются по мере того, как оно проходит вниз через уровни до тех пор, пока не достигнет сети, где оригинальный текст и вся связанная с ним управляющая информация перемещаются к Системе В, где они поглащаются Уровнем 1 Системы В. Уровень 1 Системы В отделяет заголовок уровня 1 и прочитывает его, после чего он знает, как обрабатывать данный информационный блок. Слегка уменьшенный в размерах информационный блок передается в Уровень 2, который отделяет заголовок Уровня 2, анализирует его, чтобы узнать о действиях, которые он должен выполнить, и т.д. Когда информационный блок наконец доходит до прикладной программы Системы В, он должен содержать только оригинальный текст. Концепция заголовка и собственно данных относительна и зависит от перспективы того уровня, который в данный момент анализирует информационный блок. Например, в Уровне 3 информационный блок состоит из заголовка Уровня 3 и следующими за ним данными. Однако данные Уровня 3 могут содержать заголовки Уровней 4, 5, 6 и 7. Кроме того, заголовок Уровня 3 является просто данными для Уровня 2. Эта концепция иллюстрируется на Рис. 1-3. И наконец, не все уровни нуждаются в присоединении заголовков. Некоторые уровни просто выполняют трансформацию фактических данных, которые они получают, чтобы сделать их более или менее читаемыми для смежных с ними уровней.

Р
ис3. Энкапсуляция кадров смежных уровней.

Проблемы совместимости.

Эталонная модель OSI не является реализацией сети. Она только определяет функции каждого уровня. В этом отношении она напоминает план для постройки корабля. Точно также, как для выполнения фактической работы по плану могут быть заключены контракты с любым количеством кораблестроительных компаний, любое число поставщиков сети могут построить протокол реализации по спецификации протокола. И если этот план не будет предельно понятным, корабли, построенные различными компаниями, пользующимися одним и тем же планом, пусть незначительно, но будут отличаться друг от друга. Примером самого незначительного отличия могут быть гвозди, забитые в разных местах.

Чем объясняется разница в реализациях одного и того же плана корабля (или спецификации протокола)? Частично эта разница вызвана неспособностью, практически, любой спецификации учесть все возможные детали реализации. Кроме того, разные люди, реализующие один и тот же проект, всегда интерпретируют его немного по-разному. И наконец, неизбежные ошибки реализации приводят к тому, что изделия разных реализаций отличаются исполнением. Этим объясняется то, что реализация протокола Х одной компании не всегда взаимодействует с реализацией этого протокола, осуществленной другой компанией.

Уровни OSI.

После того, как стали понятными основные особенности принципа деления на уровни модели OSI, можно приступить к обсуждению каждого отдельного уровня и его функций. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.

Прикладной уровень

Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т.д. Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Представительный уровень

Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации. Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

Сеансовый уровень

Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более об'ектами представления (как вы помните, сеансовый уровень обеспечивает своими услугами представительный уровень). Сеансовый уровень синхронизирует диалог между об'ектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.

Транспортный уровень

Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных. Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через об'единенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

Сетевой уровень

Сетевой уровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Канальный уровень

Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

Физический уровень

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Важнейшие термины и концепции.

Наука об объединении сетей, как и другие науки, имеет свою собственную терминологию и научную базу. К сожалению, ввиду того, что наука об объединении сетей очень молода, пока не достигнуто единое соглашение о значении концепций и терминов объединенных сетей. По мере дальнейшего совершенствования индустрии объединенных сетей определение и использование терминов будут более четкими.

Адресация

Существенным компонентом любой системы сети является оперделение местонахождения компьютерных систем. Существуют различные схемы адресации, используемые для этой цели, которые зависят от используемого семейства протоколов. Другими словами, адресация AppleTalk отличается от адресации TCP/IP, которая в свою очередь отличается от адресации OSI, и т.д.

Двумя важными типами адресов являются адреса канального уровня и адреса сетевого уровня. Адреса канального уровня (называемые также физическими или аппаратными адресами), как правило, уникальны для каждого сетевого соединения. У большинства локальных сетей (LAN) адреса канального уровня размещены в схеме интерфейса; они назначаются той организацией, которая определяет стандарт протокола, представленный этим интерфейсом. Т.к. большинство компьютерных систем имеют одно физическое сетевое соединение, они имеют только один адрес канального уровня. Маршрутизаторы и другие системы, соединенные с множеством физических сетей, могут иметь множество адресов канального уровня. В соответствии с названием, адреса канального уровня существуют на Уровне 2 эталонной модели ISO.

Aдреса сетевого уровня (называемые также виртуальными или логическими адресами) существуют на Уровне 3 эталонной модели OSI. В отличие от адресов канального уровня, которые обычно существуют в пределах плоского адресного пространства, адреса сетевого уровня обычно иерархические. Другими словами, они похожи на почтовые адреса, которые описывают местонахождение человека, указывая страну, штат, почтовый индекс, город, улицу, адрес на этой улице и наконец, имя. Хорошим примером одноуровневой адресации является номерная система социальной безопасности США, в соответствии с которой каждый человек имеет один уникальный номер, присвоенный ему службой безопасности.

Иерархические адреса делают сортировку адресов и повторный вызов более легкими путем исключения крупных блоков логически схожих адресов в процессе последовательности операций сравнения. Например, можно исключить все другие страны, если в адресе указана страна "Ирландия". Легкость сортировки и повторного вызова являются причиной того, что роутеры используют адреса сетевого уровня в качестве базиса маршрутизации.

Адреса сетевого уровня различаются в зависимости от используемого семейства протоколов, однако они, как правило, используют соответствующие логические разделы для нахождения компьютерных систем в об'единенной сети. Некоторые из этих логических разделов базируются на физических характеристиках сети (таких, как сегмент сети, в котором находится какая-нибудь система); другие логические разделы базируются на группировках, не имеющих физического базиса (например, "зона" AppleTalk).

Сетевые устройства и средства коммуникаций.

В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

Стоимость монтажа и обслуживания;

Скорость передачи информации;

Ограничения на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей–повторителей (репитеров));

Безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость и безопасность передачи данных.

Витая пара.(UTP-5 unshilted twisted pair category 5)

Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двухжильное проводное соединение часто называемое «витой парой» (англ. twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 100 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 90 м при скорости передачи 10 Мбит/с (стандарт CCITT для систем пятой категории).

Преимуществами являются низкая стоимость кабеля и активного оборудования, а также простота инсталляции. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Широкополосный коаксиальный кабель.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (англ. repeater – повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией типа «шина» или «дерево» коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).

Еthernet-кабель.

Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (англ. thick) или желтый кабель (англ. yellow cable). Он использует 15–контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Средняя скорость передачи данных 10 Мбит/с. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м., а общее расстояние сети Ethernet – около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt–кабель (тонкий Ethernet).

Более дешевым, чем Ethernet–кабель является соединение Cheapernet-кабель (RG–58) или, как его часто называют, тонкий (англ. thin) Ethernet. Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с (с расширением до 100 Мбит/с). При соединении сегментов Cheapernet–кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet–кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР–50). Дополнительное экранирование не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (T–connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 300 м, а минимум – 0,5 м, общее расстояние для сети на Cheapernet–кабеля – около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала

Волоконно-оптические линии.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает от 100 Мбит/с до нескольких Гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей, а так же для достижения высоких пропускных способностей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в JIBC с применением звездообразной топологии.

Показатели трех наиболее типичных средств коммуникаций для передачи данных приведены в таблице № 1.

Таблица 1

Основные показатели средств коммуникации.

Показатели	Средства коммуникаций для передачи данных
	Двух жильная кабель–витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая
Проблемы с заземлением	Нет	Возможны	Нет
Восприимчивость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует

Существует ряд принципов построения ЛВС на основе выше рассмотренных компонентов. Такие принципы еще называют топологиями.

Топологии вычислительных сетей.

Топология типа «звезда».

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Рисунок 4

Структура топологии ЛВС в виде «звезды».

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой, невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления – файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология.

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Рисунок 5

Структура кольцевой топологии ЛВС.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Рисунок 6

Структура логической кольцевой цепи ЛВС.

Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рисунок 7

Структура шинной топологии ЛВС.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet–кабель с тройниковым соединителем. Отключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point – точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных сетей приведены в таблице № 2.

Таблица 2

Основные характеристики топологий вычислительных сетей.

Характеристики	Топологии вычислительных сетей
	Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Незначительная	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное	Активное	Пассивное
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая
Размеры системы	Любые	Любые	Ограниченны
Защищенность от прослушивания	Хорошая	Хорошая	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная	Незначительная	Высокая
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая	Удовлетворительная	Хорошая
Обслуживание	Очень хорошее	Среднее	Среднее

Древовидная структура ЛВС.

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей «кольцо», «звезда» и «шина», на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие подключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что возможное максимальное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Рисунок 8

Древовидная структура ЛВС.

Типы построения сетей по методам передачи информации.

Локальная сеть Token Ring

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (англ. UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод – маркерное кольцо (англ. Тоken Ring). Основные положения этого метода:

устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В IВМ Тоken Ring используются три основных типа пакетов:

пакет «управление/данные» (англ. Data/Соmmand Frame);

пакет «маркер» (англ. Token);

пакет «сброса» (англ. Abort).

Пакет «Управление/Данные».

С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Пакет «Маркер».

Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет «Сброса».

Посылка такого пакета называет прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть ArcNet.

ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация SMC (англ. Standard Microsystems Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со вкоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные

только получив разрешение на передачу (маркер);

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Основные принципы работы.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В ArcNet определены 5 типов пакетов:

Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

Пакет АСК (англ. ACKnowledgments) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

Пакет NAK (англ.Negative AcKnowledgments) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: «звезда» и «шина».

Локальная сеть Ethernet

Рассматривается подробно, поскольку именно она является наиболее распространенной и перспективной

Эфирная сеть, как можно перевести Ethernet, получила свое название от несуществующей субстанции (эфира), которой, как считали ученые в прошлом веке, был заполнен вакуум и которая якобы служила средой для распространения света. Однако это технология имеет и более непосредственное отношение к эфиру, точнее, радиоэфиру, так как ее предшественницей была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций под названием ALOHA.

Основываясь на принципах, заложенных в ALOHA, компания Xerox построила свою собственную кабельную сеть с пропускной способностью 2,94 Мбит/с для связи 100 компьютеров. Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбит/с. Позднее эта спецификация легла в основу стандарта 802.3. Этот стандарт отличается от исходной спецификации Ethernet форматом кадров и некоторыми другими деталями, в частности он описывает несколько сред и скоростей передачи, на которые Ethernet изначально не был рассчитан. Однако название Ethernet столь прочно прижилось, что оно осталось и за официальным стандартом, и за всеми последующими его модификациями.

CSMA/CD

Стандарт 802.3 рассматривает как физический уровень (типы кабелей, соединители, кодирование сигнала и т. д.), так и канальный уровень, точнее, нижний подуровень канального уровня, определяющий метод доступа к среде передачи (Media Access Sublayer, MAC). С него мы и начнем рассмотрение Ethernet.

Применяемый в Ethernet метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Mupltiple Access/Collision Detect, CSMA/CD) можно описать вкратце следующим образом. Когда какая-либо станция А в сегменте Ethernet хочет передать пакет другой станции Б, она пытается вначале определить, что никакая другая станция в это время ничего не передает: в случае, если кабель свободен, станция начинает передачу немедленно. В противном случае она ждет, пока кабель не освободится. Если две станции начинают передачу одновременно, то происходит конфликт. Обе станции прекращают передачу и ждут случайное время, прежде чем попытаться ее возобновить. Конфликт может быть определен по увеличению мощности или ширины импульса регистрируемого сигнала по сравнению с соответствующими характеристиками переданного сигнала.

Допустим, две станции начали передачу одновременно, посчитав, что канал свободен. Сколько времени им потребуется, чтобы понять, что помимо них передачу осуществляет еще и другая станция? Как минимум, это время распространения сигнала от одной станции до другой. Однако, даже если станция не зафиксировала конфликта в течение времени распространения сигнала по кабелю между двумя самыми удаленными станциями, это еще не означает, что она избежала конфликта и "заняла" кабель. Рассмотрим такую ситуацию. Одна из наиболее удаленных станций начинает передачу. Вторая наиболее удаленная станция получит сигнал только через время t, поэтому, не обнаружив передачи, она начинает свою собственную в момент t-e. Конечно, вторая станция тут же обнаружит конфликт (через время t) и прекратит передачу, однако первой станции это уже не поможет; к тому же она обнаружит конфликт только через время 2*t-e. Таким образом, в общем случае время обнаружения конфликта равно времени распространения сигнала от одной самой удаленной станции до другой самой удаленной станции, и обратно. Только по истечении этого времени станция может быть уверена, что она "заняла" кабель. Данная характеристика - время разрешения конфликта - имеет огромное значение для эффективности протокола, в частности во многом именно она определяет ограничения на протяженность кабеля в сегменте Ethernet.

Обнаружение конфликта представляет собой аналоговый процесс. Аппаратное обеспечение станции должно во время передачи продолжать слушать кабель с целью выявления конфликта. Если сигнал, который станция регистрирует, отличается от передаваемого ею, то на этом основании станция определяет, что произошел конфликт. Как следствие, кодирование сигнала должно позволять установить наличие конфликта (например, наложение двух сигналов напряжением 0 В зарегистрировать не представляется возможным). По этой причине в Ethernet применяется специальное кодирование сигнала.

МАНЧЕСТЕРСКОЕ КОДИРОВАНИЕ

Прямое двоичное кодирование нулевого бита нулевым напряжением (0 В) и единичного бита ненулевым напряжением (5 В) не применяется, помимо прочего, из-за того, что оно ведет к неоднозначности. В частности, строку бит 00001000 становится невозможно отличить от строки 10000000 ввиду отсутствия различий между свободной линией (0 В) и нулевым битом (также 0 В). Следовательно, каким-то образом принимающая сторона должна иметь возможность определить начало и конец любого бита безотносительно внутреннего тактового генератора. Это позволяет сделать манчестерское кодирование и дифференциальное манчестерское кодирование. При манчестерском кодировании каждый интервал времени, который занимает передача одного бита, разделен на два равных подинтервала. Единичный бит кодируется высоким напряжением в продолжении первой половины интервала и низким напряжением в течение второй его части, а нулевой бит кодируется противоположным образом. Изменение напряжения в середине интервала облегчает принимающей стороне синхронизацию с передающей станцией. Дифференциальное манчестерское кодирование представляет собой разновидность обычного манчестерского кодирования. В этом случае единичный бит характеризуется отсутствием изменения напряжения по сравнению с уровнем напряжения во второй половине предшествующего бита. Изменение напряжения в начале бита означает, что это нулевой бит.

Недостаток схемы манчестерского кодирования очевиден - оно требует вдвое большей пропускной способности, чем прямое кодирование. Однако вследствие своей простоты манчестерское кодирование используется в 802.3. Уровень напряжения составляет +0,85В и -0,85В, причем в силу принятой схемы кодирования постоянные токи в кабеле не могут возникнуть в принципе.

ФОРМАТ КАДРА (Общие черты)

Максимальный размер кадра Ethernet составляет 1526 байт (12 208 бит), а минимальный - 72 байт (576 бит). При частоте передачи 10 МГц время передачи пакета минимальной длины составляет 57,6 мс. Это время несколько больше, чем удвоенное время распространения сигнала между крайними точками кабеля, равное 51,2 мс. Последняя цифра получена исходя из максимально допустимого в Ethernet расстояния между узлами в 2500 м.

Структура кадра показана на Рисунке 9. Каждый кадр начинается с преамбулы длиной 7 байт, причем каждый байт преамбулы представляет собой чередующуюся последовательность единиц и нулей. Преамбула позволяет принимающей стороне подстроиться под передающую станцию, т. е. синхронизироваться с ней. Следом за преамбулой идет стартовый байт (10101011), сигнализирующий о начале кадра.

Рисунок 9
Форматы кадров Ethernet могут несколько отличаться друг от друга, в частности поле длины поля данных может иметь смысл типа протокола.

Далее кадр содержит два поля адреса - получателя и отправителя. Стандарт допускает адреса длиной 2 и 6 байт, однако спецификация на немодулированную передачу со скоростью 10 Мбит/с предусматривает применение только адресов длиной 6 байт. Если сетевая плата Ethernet определяет, что адрес получателя совпадает с ее собственным, то, считав кадр, она передает его для дальнейшей обработки на более высокие уровни. Если адреса не совпадают, то кадр игнорируется.

Адреса Ethernet могут быть обычными, групповыми и широковещательными. Если старший бит адреса получателя равен нулю, то это обычный адрес, а если единице, то это групповой. Многоадресная передача принимается всеми станциями, групповой адрес которых совпадает с указанным в поле адреса получателя. Если же все биты адреса равны единице, то это широковещательный адрес, и такой пакет предназначен всем станциям. Следующий по старшинству бит в поле адреса используется для различения локальных и глобальных адресов. Как ясно из названия, локальные адреса назначаются администратором сети и имеют смысл только в пределах локальной сети. За вычетом двух вышеуказанных битов адресное пространство составляет 246 или около 7*1013 адресов, а эта цифра намного больше числа имеющихся компьютеров, так что адресов хватит всем. Поле длины кадра состоит из двух байтов и определяет длину поля данных (от 0 до 1500 бит). Однако, ввиду ограничений на минимальную длину кадра, поле данных не может быть короче 46 байт. Если же объем передаваемых данных меньше, то поле данных дополняется заполняющими битами. Собственно в Ethernet поле длины кадра соответствует полю типа протокола. Оно служит для идентификации протокола на уровень выше канального. Заканчивается кадр контрольной последовательностью. Очевидно, она служит для проверки кадра на предмет наличия ошибок.

Форматы кадров Ethernet (Детализация)

Несмотря на наличие стандарта, кадры Ethernet отличаются друг от друга своим форматом. Как и на производстве, кадры в сети Ethernet решают все. Они служат вместилищем для всех высокоуровневых пакетов, поэтому, чтобы понять друг друга, отправитель и получатель должны использовать один и тот же тип кадров Ethernet. К счастью (или к сожалению), кадры могут быть всего четырех разных форматов, и к тому же не сильно отличающихся друг от друга. Более того, базовых форматов кадров существует всего два (в английской терминологии их называют "raw formats") - Ethernet_II и Ethernet_802.3, причем они отличаются назначением всего одного поля.

Современные компьютерные сети гетерогенны по своей природе, а сетевые протоколы третьего уровня используют зачастую разные типы кадров Ethernet. Так, в старых версиях NetWare 3.х компании Novell базовым форматом по умолчанию является Ethernet_802.3, а не 802.2 или SNAP, как это предусмотрено стандартами IEEE, причем, кроме нее, этот формат больше никто не применяет. С выходом NetWare 4.х протоколы IPX/SPX используют по умолчанию стандартные кадры Ethernet_802.2, а с планируемым переводом IntranetWare на протоколы TCP/IP эта сетевая ОС будет, возможно, работать по умолчанию с кадрами Ethernet_SNAP, так как именно этот формат применяется в новейших реализациях TCP/IP. Вообще говоря, пакеты протоколов IPX/SPX могут передаваться с помощью кадров любых типов, поэтому - а также потому, что тип Ethernet_802.3 используется исключительно Novell, - в этом уроке мы будем рассматривать кадры Ethernet преимущественно с точки зрения сетей NetWare.

ETHERNET II

Несмотря на то что мы привычно называем стандарт 802.3 именем Ethernet, это не совсем правильно, так как последнее название является торговой маркой Xerox, Intel и Digital, чья технология послужила прототипом этого столь популярного стандарта. Формат Ethernet_II соответствует оригинальному формату кадров Ethernet и имеет следующий вид.

Как и всякий кадр, Ethernet_II начинается с семибайтной преамбулы, состоящей из чередующихся единиц и нулей, и однобайтного начального ограничителя кадра, в котором два младших бита равны 112, а не 102, как остальные биты в преамбуле и ограничителе. Однако, если быть более точным, в Ethernet_II преамбула не разделяется на собственно преамбулу и начальный ограничитель кадра - и это является одним из отличий Ethernet от IEEE 802.3, хотя весьма несущественным, можно сказать, схоластическим, тем более что очень часто преамбула вообще рассматривается как часть физического механизма синхронизации передающей и принимающей стороны, а не как часть кадра (поэтому на рисунках мы не будет обозначать преамбулу и начальный ограничитель).

Собственно заголовок кадра состоит из шестибайтного поля адреса получателя (Destination Address), шестибайтного поля адреса отправителя (Source Address) и двухбайтного поля типа протокола (Frame Type) (см. Рисунок 10). При передаче каждого байта адреса младшие биты (крайние справа) передаются первыми. В адресе получателя первый передаваемый бит (бит 0 байта 0) указывает тип адреса - обычный или групповой. Таким образом, нечетный первый байт адреса получателя означает, что кадр предназначен группе станций. Разновидностью многоадресной передачи является широковещательная передача. В этом случае все биты адреса получателя задаются равными 1.

Рисунок10.
Базовые пакеты Ethernet II и IEEE 802.3 имеют одинаковую структуру. Их различие - в назначении 13-го и 14-го байтов: поля типа протокола и длины кадра соответственно. Совместное использование разных форматов кадров в одном сегменте Ethernet возможно благодаря тому, что тип протокола характеризуется числом, большим 0x05FE.

Однако поле адреса отправителя должно содержать адрес конкретной станции-отправителя. В случае обычных адресов первые три байта служат для идентификации производителя сетевой платы, а последние три байта составляют уникальный номер конкретной платы. Так, первые три байта адреса популярных сетевых плат производства 3Com выражаются следующим числом - 02608С в шестнадцатеричной системе счисления (далее для обозначения чисел в шестнадцатеричной системе счисления мы будем использовать обозначение 0x, т. е. идентификатор 3Com будет иметь вид 0x02608C). Адрес получателя называется также физическим или MAC-адресом.

Вообще говоря, адрес получателя идентифицирует непосредственного, а не конечного получателя, например маршрутизатор в сети Ethernet. Конечный получатель идентифицируется с помощью высокоуровневых протоколов. В случае TCP/IP - это IP-адрес станции и TCP- или UDP-порт процесса на данной станции. Поле типа протокола идентифицирует высокоуровневый протокол, такой как IP, AppleTalk и т. д., контейнером для пакета которого служит кадр. Ниже мы приводим значения поля типа протокола для некоторых распространенных сетевых протоколов:

Internet Protocol (IP) - 0x0800;

Address Resolution Protocol (ARP) - 0x0806;

AppleTalk - 0x809B;

Xerox Network System (XNS) - 0x0600;

NetWare IPX/SPX - 0x8137.

Следующее поле кадра служит собственно для передачи полезной информации (на уровне кадра к полезной нагрузке мы относим такую служебную информацию высокоуровневых протоколов, как заголовок пакета и т. п.). В отличие от служебных полей, поле данных имеет переменную длину, причем оно не может быть короче 46 байт и длиннее 1500 байт. Таким образом, общая длина кадра без учета преамбулы и начального ограничителя кадра находится в диапазоне от 64 до 1518 байт. В случае, когда реальный объем передаваемых данных меньше 46 байт (например, для эмуляции терминала часто передается всего один символ, вводимый с клавиатуры), поле данных дополняется до минимального размера заполнителем. Байт заполнения может вставляться, даже если объем передаваемых данных более 46 байт. По предложению Novell, в случае нечетного количества байт драйвер сетевой платы добавляет еще один. Это сделано потому, что некоторые старые маршрутизаторы не понимают кадры нечетной длины. Последнее поле в кадре - это четырехбайтное поле контрольной последовательности кадра (Frame Check Sequence, FCS). Значение этого поля вычисляется на основе содержимого заголовка и данных (вместе с заполнителем, но без учета преамбулы и ограничителя) с помощью 32-разрядного циклического избыточного кода (Cyclic Redundancy Code, CRC-32) по следующей формуле (в двоичной системе счисления):

контрольная последовательность = MOD(данные/полином)

В Ethernet порождающим полиномом служит многочлен

x³²+x²⁶+x²³+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1.

Данный код позволяет обнаружить 99,999999977% всех ошибок в сообщениях длиной до 64 байт! Таким образом, вероятность того, что принимающая станция воспримет испорченный кадр как целый, практически равна нулю. После приема кадра принимающая станция заново вычисляет контрольную последовательность и сравнивает полученный результат с содержимым поля FCS. В случае несовпадения пакет считается испорченным и игнорируется.

БАЗОВЫЙ ФОРМАТ КАДРА 802.3

Определяемый спецификацией 802.3 формат кадра практически идентичен своему предшественнику за исключением того, что поле типа протокола имеет смысл длины кадра. На первый взгляд это неизбежно должно привести к путанице, когда кадры Ethernet_II и Ethernet_802.3 передаются между станциями в одном сегменте. Однако на практике эти кадры не представляет труда отличить друг от друга. Как мы уже говорили, длина поля данных не превышает 1500 байт, поэтому, в соответствии с принятыми соглашениями, тип высокоуровневого протокола задается большим, чем 0х05FE (1518 в шестнадцатеричной системе счисления - полная длина кадра), благо двухбайтное поле может принимать 65 536 разных значений. Таким образом, если значение поля между адресом отправителя и данными меньше или равно 1518, то это кадр 802.3, в противном случае - это кадр Ethernet_II.

Другое небольшое отличие между Ethernet и 802.3 состоит в классификации групповых адресов. В отличие от Ethernet, спецификация 802.3 подразделяет групповые адреса на имеющие глобальное и локальное значение. Однако это разделение редко используется на практике. (О третьем незначительном отличии - в преамбуле - мы говорили выше.) В соответствии с эталонной моделью OSI, каждый протокольный блок данных содержит (инкапсулирует) пакеты вышележащих протоколов своего стека. Протокол 802.3 описывает метод доступа к среде передачи - нижний подуровень канального уровня, и для него вышележащим протоколом является протокол логического управления каналом (Logical Link Control, LLC) - верхний подуровень канального уровня. Таким образом, согласно требованиям стандарта, поле данных должно содержать заголовок LLC. В ранних версиях NetWare компания Novell проигнорировала этот заголовок и стала помещать пакеты IPX/SPX непосредственно за полем длины кадра, и поле данных начиналось так же, как и обычный заголовок IPX, с двух байтов, состоящих из единиц (число 0xFFFF). Иными словами, Novell использовала кадры просто в качестве контейнера. В принципе применение базового формата кадра 802.3 без служебной информации верхнего подуровня канального уровня позволяет Novell несколько сократить накладные расходы в расчете на кадр. Однако выигрыш невелик, а в гетерогенной среде применение нестандартного формата ведет к проигрышу, так как маршрутизатор или сетевая плата вынуждены проверять дополнительные поля для определения типа пакета. Это послужило одним из побудительных мотивов, почему начиная с версии 4.0 Novell перешла по умолчанию на стандартный формат Ethernet_802.2. Другой причиной было то, что использование базовых кадров Ethernet_802.3 делало невозможным применение таких опций защиты, как подпись пакетов, из-за того, что поле контрольной суммы пакета было фиксированным и равным 0хFFFF, чтобы кадр Ethernet_802.3 можно было отличить от других типов кадров.

ДВА СТАНДАРТНЫХ ФОРМАТА

Спецификации IEEE предусматривают всего два стандартных формата - 802.2 и 802.2 SNAP, причем второй является естественным расширением первого. Как уже говорилось, стандартный кадр должен содержать в поле данных служебную информацию логического управления каналом, а именно однобайтное поле точки доступа к сервису для получателя (Destination Service Access Point, DSAP), однобайтное поле точки доступа к сервису для отправителя (Source Service Access Point, SSAP) и однобайтное управляющее поле (см. Рисунок 11). Назначением номеров точек доступа к сервису (Service Access Point, SAP) занимается IEEE, и он выделил следующие номера:

0xE0 для Novell;

0xF0 для NetBIOS;

0x06 для TCP/IP;

AA для SNAP.

Рисунок 11
Формат IEEE 802.2 SNAP представляет собой расширение стандартного формата IEEE 802.2. Кадры обоих типов содержат заголовок 802.2 LLC в начале поля данных.

Поля DSAP и SSAP служат для определения вышележащего протокола и, как правило, содержат одно и то же значение. Управляющее поле обычно задается равным 0x03 (в соответствии с протоколом LLC это означает, что соединение на канальном уровне не устанавливается). Протокол доступа к подсети (Sub-Network Access Protocol, SNAP) был разработан с целью увеличения числа поддерживаемых протоколов, так как однобайтные поля SAP позволяют поддерживать не более 256 протоколов. Формат Ethernet_SNAP предусматривает дополнительное пятибайтное поле для идентификации протокола (Protocol Identification, PI) внутри поля данных, причем значения двух последних байтов этого поля совпадают со значениями поля протокола в Ethernet_II в случае, если кадры содержат пакеты одного и того же высокоуровневого протокола, например они равны 0x8137 для NetWare.

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМАТА КАДРА

Отличить один формат кадра Ethernet от другого не представляет большого труда, и сделать это можно с помощью следующего простого алгоритма (см. Рисунок 12). Сначала драйвер должен проверить значение поля типа протокола/длины кадра (13-й и 14-й байты в заголовке). Если записанное там значение превышает 0x05FE (максимально возможная длина кадра), то это кадр Ethernet_II.

Р
исунок 12
Для определения типа кадра Ethernet сначала необходимо проверить значение поля после адреса отправителя, а затем первых двух байтов поля данных.

Если нет, следует продолжить проверку. Если первые два байта равны 0xFFFF, то это формат Ethernet_802.3 для NetWare 3.х. В противном случае это стандартный формат кадра 802.2, и нам остается только выяснить, какой из двух - обычный (Ethernet_802.2) или расширенный (Ether-net_SNAP). В случае Ethernet_SNAP значение первого, впрочем, как и второго, байта в поле данных равняется 0xAA. (Значение третьего байта равняется 0x03, но это проверять излишне.)

ЗА КАДРОМ

Разные протоколы используют разные форматы кадров (см. Таблицу 3). Однако число последних не так уж велико, и их несложно отличить один от другого. К тому же протокол TCP/IP выдвигается на доминирующую позицию не только в глобальных, но и в локальных сетях, поэтому даже Novell решила отказаться от своего протокола IPX/SPX в пользу TCP/IP в следующей версии NetWare. Это означает, что в большинстве случаев администратору сети не придется беспокоиться о том, какой формат кадров Ethernet используется. Однако, как показывает опыт, унаследованные технологии живут довольно долго, так что знание форматов кадров может представлять не только теоретический, но и практический интерес.

ТАБЛИЦА 3 - ПРОТОКОЛЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ТИПЫ КАДРОВ

Формат кадра	Протокол	Способ идентификации вышележащего протокола
Ethernet_II	DecNET, LAT, старые реализации TCP/IP	Поле типа протокола
802.3	NetWare 3.х	Первые два байта поля данных равны 0xFFFF
802.2	NetWare 4.х, LLC2	Поле DSAP
SNAP	EtherTalk, новые реализации TCP/IP	Пятибайтное поле после служебной информации LLC

АЛГОРИТМ ОТКАТА

Как уже говорилось, после обнаружения конфликта станции ждут случайный промежуток времени. Единицей измерения времени (квантом времени) является удвоенное время распространения сигнала из конца в конец отрезка кабеля (см. выше), равное 51,2 мс. После первого конфликта каждая станция ждет 0 или 1 квант времени, прежде чем попытаться возобновить передачу. Если конфликт произошел вновь, так как две станции выбрали одно и то же случайное число, то каждая из них выбирает после второго конфликта уже из четырех чисел 0, 1, 2, 3. Если же конфликт имеет место и в третий раз, (что вполне вероятно, когда более двух станций пытаются начать передачу одновременно), то в следующий раз случайное число слотов выбирается из интервала 0-7 и т. д. Однако, после 10 последовательных конфликтов интервал выбора случайных чисел фиксируется и задается равным 1023. После 16 конфликтов контроллер отказывается от дальнейших попыток передать кадр и сообщает об этом компьютеру. Все дальнейшие действия по исправлению ситуации должны осуществляться высокоуровневыми протоколами. Такой алгоритм позволяет разрешить коллизии, когда конфликтующих станций немного, а также ликвидировать их за приемлемое время, когда множество станций хочет передавать одновременно.

РАЗНОВИДНОСТИ ETHERNET

В качестве физической среды передачи стандарт для Ethernet на 10 Мбит/с определяет тонкий и толстый коаксиальный кабель, витую пару и даже оптоволокно. Вкупе с прочими факторами такое разнообразие возможных сред передачи немало способствовало росту популярности Ethernet. Ниже мы рассмотрим вкратце спецификации Ethernet на 10 Мбит/с.

10Base5. Как и изначальная версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель на 50 Ом с двумя оболочками. По этой причине в англоязычной литературе ее иногда еще называют Thicknet и толстым Ethernet. Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сегмент. Протяженность сегмента не может превышать 500 м, а число узлов - 100, причем отрезок кабеля между соседними узлами должен быть не менее 2,5 м. Это позволяет уменьшить вероятность отражений и появления стоячих волн. Как правило, производители предусматривают соответствующую разметку кабеля в целях упрощения идентификации мест, где станция может быть подключена к сегменту. Контроллер станции, т. е. сетевая плата, подключается к кабелю с помощью трансиверного кабеля и трансивера (см. Рисунок 13). Длина трансиверного кабеля не должна превышать 50 м.

Рисунок 13
В 10Base5 узел подключается к кабелю с помощью трансивера и трансиверного кабеля.

10Base2. Спецификация предусматривает использование тонкого коаксиального кабеля RG-58 с характеристическим импедансом 50 Ом, а также соединителей типа BNC-T, подключаемых к контроллеру Ethernet напрямую (см. Рисунок 14). Это исключает необходимость применения дорогостоящих трансивера и трансиверного кабеля, а также выполнение самой операции по подключению трансивера к кабелю. Данный стандарт известен так же, как Cheapernet, Thinnet или тонкий Ethernet. Протяженность сегмента ограничена расстоянием 185 м, а число узлов - 30. Кроме того, Cheapernet более подвержена шумам, в частности от радиосигналов. Тем не менее эта намного более дешевая, чем 10Base5, разновидность Ethernet была в свое время, несмотря на присущие ей ограничения, весьма популярна.

Рисунок 14
В 10Base2 узел подключается к кабелю напрямую с помощью соединителя BNC-T.

10BaseT. Данная разновидность Ethernet в настоящее время, вероятно, наиболее распространена. Буква T в названии означает, что средой передачи является неэкранированный кабель на основе витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Спецификация предусматривает использование концентратора для подключения пользователей по физической топологии "звезда". Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ 10BaseT над 10Base2 и 10Base5. Подключение узлов к сети осуществляется с помощью модульных настенных телефонных гнезд RJ-45 и RJ-11 и четырехпарного телефонного кабеля UTP, причем соединитель RJ-45 вставляется напрямую в сетевую плату (см. Рисунок 15). Протяженность отрезка кабеля от концентратора до станции не должна превышать 100 м (в случае UTP Категории 3) или 150 м (в случае UTP Категории 5).

Рисунок 15
В 10BaseT узлы подключаются к концентратору по физической топологии "звезда".

10BaseF. Принятая относительно недавно, эта спецификация предусматривает использование в качестве среды передачи оптический кабель. Естественно, это весьма дорогостоящая разновидность Ethernet, и не столько из-за стоимости самого кабеля, сколько из-за дороговизны соединителей и терминаторов. Однако она не чувствительна к электромагнитным помехам и позволяет связывать по Ethernet здания и далеко отстоящие друг от друга концентраторы.

Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограничения на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей может быть соединено с помощью повторителей. Повторитель представляет собой устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и передает сигнал дальше в обоих направлениях (таким образом, повторитель полностью прозрачен для кадров Ethernet). С точки зрения программного обеспечения последовательность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от одного кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколько повторителей, но никакие два узла не должны отстоять друг от друга на расстояние свыше 2,5 км, а путь между ними - пролегать более чем через четыре повторителя.

БЕСПРОИГРЫШНЫЙ ВАРИАНТ

Технология Ethernet не стоит на месте. Коммутируемые Ethernet и Fast Ethernet вывели ее на новые рубежи скорости и производительности, а с появлением Gigabit Ethernet старый добрый Ethernet вообще рискует оказаться в роли дедушки.

ТАБЛИЦА 4 - РАЗНОВИДНОСТИ ETHERNET

Стандарт	Кабель	Максимальная протяженность сегмента	Допустимое число узлов в сегменте	Достоинства
10Base5	Толстый коаксиальный	500 м	100	Хорош для магистрали
10Base2	Тонкий коаксиальный	200 м	30	Дешевая система
10BaseT	Витая пара	100 м	1024	Простота эксплуатации
10BaseF	Оптический кабель	2000 м	1024	Между зданиями

Таблица 5. Основные характеристики сетей по методам передачи информации.

Характеристики	Методы передачи информации
	Ethernet	Token Ring	ArcNet
Топология	Локальная типа «шина»	Кольцевая или типа «звезда-кольцо»	Наборы сегментов типа «звезда»
Тип кабеля	RG–58	Экранированная или неэкранированная витая пара	RG–62 или RG–59
Импеданс	50 Ом	—	—
Сопротивление терминаторов	50 Ом, ± 2 Ом	100 – 200 Ом UTP, 150 Ом TP	RG–59: 75 Ом RG–62: 93 Ом
Максимальная длина кабеля в сегменте	185 м	45 – 200 м (в зависимости от используемого кабеля)	В зависимости от используемого кабеля, но в среднем: W–W: 120 м A–A: 606 м P–W или P–A: 30 м A–A: 0,3 м1
Минимальный промежуток между соседними компьютерами	0,5 м	2,5 м	В зависимости от используемого кабеля
Максимальное количество соединенных сегментов	5	33 устройства MAU	Не поддерживает соединения сегментов
Максимальное количество компьютеров в сегменте	30	Неэкранированная витая пара: 72 рабочих станции на концентратор, при использовании экранированной витой пары – 260 рабочих станций на концентратор	В зависимости от используемого кабеля

Практическая часть.

Реализация в реально действующем проекте ЛВС крупной организации.

(Название является коммерческой тайной, и поэтому скрыто. Также сохранена нумерация пунктов оригинального документа. Параграф 1 содержал общие описания и вводную часть.)

2.1. Создаваемая система должна обеспечивать среду передачи данных между вычислительными комплексами, расположенными в здании М РК , и выполнять базовые функции по разделению их ресурсов, а также обеспечивать коллективный доступ к сети передачи геолого-геофизических данных Министерства геологии и охраны недр Республики Казахстан.

Целью создания системы является комплексная автоматизация информационных технологий в учреждениях М РК и создание государственной информационно-коммуникационной инфраструктуры для всех видов недропользования Республики Казахстан, совершенствование информационного обслуживания специалистов отрасли и вывод ее на мировой уровень на базе использования современных средств обработки, хранения, поиска и передачи информации.

2.2. Автоматизации подлежат:

1) организация коллективного доступа к информации, в том числе в составе геоинформационных систем (ГИС) и проблемных баз данных;

2) распределенное хранение информации в местах ее формирования;

3) организация безопасного использования информации, в том числе защита от несанкционированного доступа и резервирование;

4) сбор, передача информации и удаленный доступ к ней, репликация и синхронизация баз и банков данных;

5) формирование информационных ресурсов и ввод информации;

6) создание приложений (прикладных программных комплексов и компонент) для автоматизаци информационных технологий и взаимодействия с потребителями информации;

7) обеспечение среды поддержки принятия решений и коллективной деятельности;

8) офисная деятельность и делопроизводство.

Система предусматривает возможность дальнейшего вхождения в СПГД с сохранением архитектур и технологий обработки информации, в том числе для обеспечения коммерческого доступа к информации для предприятий, не входящих в структуру М РК. На этапе включения в СПГД так же должно быть обеспечено подключение системы к сети передачи данных общего пользования для организации доступа к информационным ресурсам как в странах СНГ, так и за рубежом.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ

Структура системы

3.1.1. Система объединяет следующие учреждения М РК и их подразделения:

1) аппарат М РК;

2) главное управление минеральных ресурсов (ГУМР);

3) государственный комитет запасов (ГКЗ);

4) зарубежные филиалы и отделение компьютерных информационных технологий

5) редакция журнала "Минеральные ресурсы Казахстана".

Подразделения учреждений, являющихся пользователями системы, организованы по административной подчиненности, по видам обрабатываемых документов и по тематике информационного обслуживания.

По тематике обслуживания используется геолого-геофизическая, экономическая, финансовая, бухгалтерская информация, информация по кадрам и т.д. Структура информационных потоков и их объемы приведены в приложении 2.

Организационная структура системы представлена четырьмя уровнями:

первый уровень - аппарат

второй уровень - ГУМР, ГКЗ, КазИМС, редакция журнала "Минеральные ресурсы Казахстана".

третий уровень - отделы ГУМР;

четвертый уровень - группы в отделах ГУМР.

Структурная схема информационного взаимоотношения подразделений приведена в приложении 3.

Информационные ресурсы

3.2.1. Основу информационных технологий М РК составляют Геоинформационные системы, системы обработки и интерпретации результатов геологической разведки и проблемные базы данных.

3.2.2. Информационные ресурсы М РК представляют совокупность информации, заключенной в фонде геологических отчетов, а так же в базах и банках данных геолого-геофизической информации, создаваемых за счет государственного бюджета.

3.2.3. Основу информационного ресурса М РК составляет центральная база данных "Недра", пользователями которой, кроме предприятий отрасли, должны являться предприятия смежных отраслей, и базы данных геологической информации, перечень которых приведен в табл. 1, информацию из которых также должны использовать потребители смежных отраслей.

Таблица 6

№	Название базы данных	Подразделение	Объем	Примечание
Управление и делопроизводство
1	Управленческая информация М (включая 7 форму)	Управление делопроизводства и т.д.	5 Мб	не существует
2	Штатные расписания и сметы	Управление делопроизводства и т.д.	1 Мб	не существует
3	Кадры	Управление делопроизводства и т.д.	5 Мб	не существует
4	Пообъектные планы	Управление твердых полезных ископаемых	2 Мб	Наполнение
Поддержка принятия решений
5	Инвестиционные программы	Геоинформа ГУМР	5 Мб	не существует
6	Иностранные нефтяные компании	Отдел лицензирования ГУМР	1 Мб	наполнение
7	Иностранные горнорудные компании	Отдел лицензирования ГУМР	1 Мб	разработка
8	Лицензирование и аттестация предприятий на право ведения ГРР	Отдел лицензирования ГУМР	10 Мб	не существует
9	Потоки продукции, погашение запасов, цены, статотчетность	Отдел опер.анализа конъюктуры рынка Отдел лицензирования ГУМР	1 Мб	не существует
10	Охрана недр и контроль за исполь­зованием природных ресурсов	Управление охраны недр	20 Мб	не существует
11	Геологический отчет	Геоинформ ГУМР	2 Мб	не существует
12	Протоколы ГКЗ	ГКЗ	1 Мб	не существует
Балансы месторождений
13	Балансы по металлам	Отдел балансов ГУМР	10 Мб	есть
14	Балансы по неметаллам	Отдел балансов ГУМР	8 Мб	есть
15	Балансы по нефти и газу	Отдел балансов ГУМР	5 Мб	есть
Сводные геолого-экономические данные по месторождениям
16	Изученность	Геоинформ ГУМР	150 Мб	наполнение
17	ГКМ-металлы	Геоинформ ГУМР	40 Мб	наполнение
18	ГКМ-нефть и газ	Геоинформ ГУМР	8 Мб	не существует
19	Нефтегазоперспективные структуры	Геоинформ ГУМР	1 Мб	не существует
20	Техногенные объекты	Геоинформ ГУМР	5 Мб	не существует
21	Информация геологических карт	Зарубежгеология КазИМС Геоинформ ГУМР	200 Мб	не существует
Гидрогеология
22	Скважина-подземные воды	Геоинформ ГУМР	40 Мб	не существует
23	Водоотбор месторождений	Отдел гидрогеологии М	20 Мб	не существует
Геофизическая информация (Finder)
24	Геофизическая информация по территориям, изученность	Геоинформ ГУМР	10 Гб	приобретается

Состав системы

Общий состав системы

Создаваемая система состоит из следующих основных элементов:

1) программных комплексов, обеспечивающих автоматизацию инфор­ма­ционных технологий и взаимодействие с информационными ресурсами;

2) вычислительных комплексов, реализующих базовые функции по разделению ресурсов системы;

3) технических средств передачи данных и контроля функционирования сети;

4) кабельной подсистемы сети в здании.

Программные комплексы

4.2.1. В качестве основы при выборе прикладных программных комплексов принята модель Office - BackOffice фирмы Microsoft, ориентированная на сетевую обработку информации с использованием архитектуры “клиент-сервер”.

Фирма Microsoft является лидером в производстве прикладного программного обеспечения и операционных систем на рынке персональных компьютеров. Ее продукцию отличает удобный, “дружественный” интерфейс взаимодействия с пользователем, реализующий интуитивно понятную метафору “рабочего стола”. Программное обеспечение создается на основе открытых и хорошо специфицированных соглашений и прикладных интерфейсов. Различные продукты, не перекрывая друг друга по функциональным возможностям, хорошо взаимодействуют между собой и образуют единый инструментарий для обработки информации и решения прикладных задач.

Открытость архитектур, постоянные новаторские разработки, лидирующие позиции на различных секторах программного рынка, устойчивое финансовое положение и наличие большого числа фирм, выпускающих совместимые программные продукты - все это вместе дает уверенность в дальнейшем применении программных средств фирмы Microsoft.

4.2.2. Программное обеспечение серии Microsoft Office реализует большинство функций по обработке информации на рабочем столе пользователя, а так же взаимодействие с централизованными и сетевыми информационными ресурсами в архитектуре “клиент-сервер”.

В состав базовой поставки продукта Microsoft Office Professional 97 (русская версия) входят следующие программы:

Microsoft Word 97 - текстовый процессор, обеспечивающий ввод и оформление документов на основе единого набора создаваемых пользователями системы шаблонов. Кроме того, продуктом обеспечивается возможность формирования и заполнения текстовых форм, а так же создание и рассылка документов между пользователями системы на основе информации из СУБД.

Продукт SGML Author for Windows обеспечивает прозрачный обмен между шаблонами документов текстового процессора Word и структурами документов на языке SGML с глобальными системами автоматизации документооборота на разных платформах.

Microsoft Excel 97 - крупноформатная электронная таблица, обеспечивающая ввод и обработку информации в табличном представлении, а так же построение диаграмм. Продукт содержит развитые возможности по числовому анализу данных, в том числе неполных и задач обратных вычислений; выборки и анализа данных из СУБД и графического анализа данных. Кроме того, в продукт так же включены возможности групповой работы, в том числе создание шаблонов таблиц, формирование и заполнение форм и циркулярная рассылка.

Microsoft PowerPoint 97 - служит для работы с деловой графикой и создания презентаций. Позволяет строить диаграммы на основе данных из крупноформатных электронных таблиц и СУБД, содержит средства построения блок-схем и богатую библиотеку готовых шаблонов и изображений. Созданные документы могут быть распечатаны либо подготовлены к динамической демонстрации с помощью компьютера.

Microsoft Access 97 - система управления реляционными базами данных, обладающая визуальными средствами доступа к данным и построения приложений. Кроме работы с информацией из собственных баз данных, система позволяет осуществлять доступ к данным из внешних таблиц, в том числе к данным из сетевых SQL - серверов. Продукт является основной персональной СУБД, сохраняющей локальную информацию пользователей, в том числе для использования другими программами Office. Так же продукт предоставляет возможности для анализа информации в рамках обеспечения среды поддержки принятия решений и построения приложений для ввода и модификации данных. В сетевом режиме работы система поодерживает групповую работу с информацией и блокировку данных на уровне записей.

Все продукты в составе пакета позволяют осуществлять обмен информацией между собой, а так же, благодаря технологии связывания и внедрения объектов (OLE), создавать составные документы, содержащие элементы, созданные и оформленные в различных продуктах. Имеется возможность размещать как исполняемый код программ, так и обрабатываемые данные в локальной сети для совместного доступа. При этом будет обеспечена правильная обработка множественных обращений и минимальная блокировка изменяемой информации. Во всех продуктах обеспечена корректная обработка русского языка, в СУБД и электронной таблице - сортировка, в текстовом процессоре и электронной таблице - проверка правописания, в текстовом процессоре - автоматические переносы и словарь синонимов. Благодаря применению интерфейса MAPI все приложения готовы к взаимодействию с системами электронной почты и автоматизации делопроизводства.

Кроме стандартной комплектации пакета в среду Office входит так же продукт Microsoft Project 97 - система управления проектами, позволяющая осуществлять планирование и мониторинг проведения работ, учет материальных и людских ресурсов. Продукт готов для группового использования, имеется возможность сохранять информацию о проектах не только в собственных файлах, но и в базах данных Access и SQL.

Как простая среда для работы с текстовыми документами, электронными таблицами и базами данных типа “плоский файл” на вычислительной технике с ограниченными ресурсами применяется продукт Microsoft Works for Windows 5.0 (русская версия). Полностью совместимый по формам представления информации с остальными продуктами серии Office, он позволяет осуществлять обработку документов в единой среде.

4.2.3. В качестве операционной среды для использования этих пакетов используется операционная система WINDOWS 95 (русская версия). Они обеспечивают эффективное управление техническими ресурсами персональных компьютеров, предоставляют возможности графического диалога с пользователями, возможность работы с русским языком (кодовые страницы 866 и 1251 соответственно), сетевое взаимодействие в одноранговых сетях и в сетях с выделенными серверами.

Для доступа к сетевым ресурсам компьютеров с ограниченными техническими возможностями (процессор 386sx или 286, оперативная память менее 2Мб) используется пакет Windows for Workgroups 3.11 DOS Add On, установленный на операционную систему MS DOS 6.22

4.2.4. Вторую группу в семействе программных продуктов фирмы Microsoft составляет семейство BackOffice. Оно представляет собой набор тесно интегрированных друг с другом и с семейством Office программных продуктов, реализующих серверные части сетевых услуг и технологий. Созданные на основе открытой системной архитектуры WOSA, они допускают изменение и дополнение в составе продуктов Office и BackOffice без изменения технологий обработки информации.

Основу семейства составляет сетевая операционная система Microsoft Windows NT 4.0. Построенная на внутренней архитектуре клиент-сервер, эта 32-разрядная операционная система с приоритетной многозадачностью и файловой системой на основе низкоуровневых транзакций позволяет обеспечить большую скорость и высокую надежность обработки информации в сети. К числу дополнительных преимуществ можно отнести большое количество поддерживаемых платформ (Intel, DEC Alpha, MIPS, PowerPC) и независимость от архитектуры, встроенную многопоточность и поддержку до 32 процессоров, встроенная сетевая поддержка и графический интерфейс пользователя. По уровню обеспечиваемой безопасности система удовлетворяет требованиям С2 правительства США. В систему включена штатная возможность работы с русским языком.

Базовая поставка позволяет реализовать на основе Windows NT Server следующие сетевые службы:

Файл-сервер, поддерживающий файловые системы FAT, HPFS, NTFS, ISO9660, Macintosh. Собственная файловая система на основе транзакций низкого уровня позволяет осуществлять автоматическое восстановление информации при сбоях, контролировать доступ к информации на уровне файлов и регистрировать события, автоматически оптимизировать доступ к данным и хранить информацию в сжатом виде. Возможна программная реализация дублирования дисковых накопителей, организация дисковых массивов с избыточностью (помехоустойчивое кодирование), а так же репликация содержимого каталогов между серверами. Доступ к файлам для Unix-клиентов реализуется через FTP.

Сервер печати, основанный на механизме удаленного вызова процедур, позволяет резко сократить объем передаваемых по сети данных за счет использования промежуточного формата документов. Он позволяет организовывать несколько групп на один сетевой принтер, а так же ставить в соответствие группе несколько принтеров. Управление последовательностью печати осуществляется на основе механизма приоритетов. Возможно управление очередями для принтеров, непосредственно подключаемых в сеть через механизм DLCP. Доступ к сетевой печати для Unix-клиентов реализуется через LPR.

Сервер резервного копирования данных, осуществляющий автоматическое централизованное сохранение информации с серверов и рабочих станций на ленточных накопителях и ее восстановление в случае сбоев.

Сервер обеспечения безопасности и сервер контроля использования лицензий осуществляют идентификацию и аутентификацию пользователей в сети и в системе, осуществляют контроль доступа к ресурсам и аудит, ведут журнал событий. Так же осуществляется контроль за использованием лицензий на программное обеспечение, соблюдения лицензионных соглашений и соответствия версий.

Сервер удаленного доступа, позволяющий осуществлять подключение к серверу и сетевым ресурсам через телефонную сеть или сеть X.25. Непосредственное подключение осуществляется через протоколы PPP и SLIP; поддерживаются приложения, использующие протоколы TCP/IP, IPX/SPX и NetBEUI. Использование стандартных протоколов позволяет взаимодействовать с любыми серверами удаленного доступа других производителей.

Сервер связи, осуществляющий многопротокольную маршрутизацию и шлюзование сообщений SMB и NetBIOS. Расширенная версия маршрутизатора в составе Windows NT 4.0 Resource Kit позволяет использовать сервер Windows NT как сервер доступа к ресурсам Internet.

Сервер приложений, осуществляющий выполнение других сетевых служб и программных комплексов, удовлетворяющих спецификации WOSA и тесно взаимодействующих между собой.

Windows NT Workstation 4.0 представляет собой основанную на одинаковом ядре операционную систему пользователей, предъявляющих повышенные требования к производительности, готовности системы и безопасности данных. Система обладает встроенными сетевыми средствами и является наиболее развитым клиентом Windows NT Server.

4.2.5. Следующий элемент пакета BackOffice, Microsoft SQL Server 7.0, является высокопроизводительным сервером сетевой реляционной базы данных, использующей механизм многопоточности для параллельной обработки больших баз данных. Построенный на процедурном расширении ANSI SQL (ANSI92, X95.1), он поддерживает такие функции, как контроль ссылочной целостности, двусторонняя репликация данных, двунаправленные курсоры и хранимые процедуры. Кроме того, в него включены возможности по централизованному управлению базами данных и поддержка съемных носителей. В варианте поставки для стран восточноевропейского региона обеспечивается корректная обработка информации на русском языке, в том числе не зависимая от регистра сортировка.

Таким образом, тесно интегрируемый с приложениями Office ( через новый высокоскоростной драйвер ODBC, взаимодействующий с сервером через механизм удаленного вызова процедур, а так же технологию связывания и внедрения объектов) и приложениями BackOffice ( через механизм ODS), Microsoft SQL Server является основой для построения корпоративного хранилища данных, способного одновременно обслуживать запросы большого количества клиентов без взаимной блокировки.

Сервер управления Microsoft SMS 1.1 предназначен для централизованного управления вычислительными системами на основе протоколов DMI и SNMP. Он реализует такие функции, как инвентаризация технического и программного обеспечения, автоматизированное распространение и установка программного обеспечения, удаленное диагностирование и управление консолью. Продукт так же обладает возможностями по мониторингу сети, контролю загруженности, мониторингу и анализу трафика.

Вместе с пакетом AdminResource Kit for Windows 95, Microsoft SMS образуют комплекс поддержки функционирования системы, призванный облегчить администрирование и управление, ускорить реакцию на сбои в работе и сократить время простоя системы.

Почтовый сервер Microsoft Mail 4.0 обеспечивает передачу сообщений между пользователями почтовых отделений и маршрутизацию сообщений между почтовыми отделениями, а так же специальный доступ удаленных клиентов, использующих продукт MS Mail 4.0 Remote Client, через телефонную сеть или сеть X.25. Используя единый транспортный интерфейс MAPI, возможна организация систем документооборота, телеконференций, групп рассылки, асинхронного взаимодействия приложений и репликации баз данных.

Дополнительные шлюзы обеспечивают доступ из почтовой системы к приему и отправке факсимильных сообщений (MS Mail 3.4 Fax Gateway) и почтовой системе сети Internet (MS Mail 3.0 SMTP Gateway).

4.2.6. Третью группу предлагаемых фирмой Microsoft программных комплексов составляют инструментальные средства разработки приложений. Ориентированные на различный уровень подготовки пользователей и разные классы решаемых задач, они предоставляют возможность объединения существующих приложений, реализации недостающих функций и разработки новых приложений для организации информационных систем учреждений (EIS), с целью комплексной автоматизации информационных технологий.

Инструментальные средства начального уровня представлены встроенными средствами макропрограммирования продуктов Microsoft Office. Построенные на основе языка Visual Basic for Applications, они доступны пользователям с самой разной подготовкой, предоставляя доступ ко всем функциональным возможностям входящих в семейство пакетов.

Основным средством разработки приложений, автоматизирующих информационные технологии, является пакет Visual Basic 5.0 Professional. Построенный на основе объектно-ориентированного расширения языка программирования 4-го поколения, он содержит средства визуального проектирования, доступ к объектам управления технологии связывания и внедрения объектов и предназначен для быстрой разработки сложных приложений, активно взаимодействующих с пользователем и другими программными пакетами. Входящий в комплект Office Developer Kit содержит необходимый инструментарий для разработки приложений, интегрируемых в пакеты семейства Office, и дополняющих их необходимыми пользователю возможностями.

Среда разработки системных приложений Visual C++ 2.0 и библиотека элементов управления Visual Control Pack предназначены для создания критичных для выполнения приложений, реализации сложных вычислений, конструирования новых объектов управления, серверных приложений серии BackOffice и новых компонент операционной среды. Опирающийся на промышленный стандарт объектно-ориентированного языка C++, используя визуальные средства разработки и отладки, этот пакет предоставляет разработчику доступ ко всем ресурсам и функциям операционных систем и сред, открытых интерфейсов и программных комплексов семейств Office и BackOffice.

Пакет Macro Assembler for Windows 6.11 предоставляет разработчику комфортную среду для написания и отладки частей программного обеспечения, непосредственно взаимодействующих с аппаратным обеспечением, и реализующих новые части операционных интерфейсов на машинном языке.

В дополнение к стандартным средствам визуальной разработки приложений, взаимодействующих с базами данных, имеющихся в составе Microsoft Access 2.0, пакет Access 2.0 Developer ToolKit содержит средства разработки автономных приложений, не требующих для своего выполнения наличия Microsoft Access 2.0. Библиотека Microsoft Access 2.0 Solution Pack содержит примеры разработки приложений, реализующих стандартные функции по обработке информации.

Пакет разработки приложений доступа и взаимодействия с базами данных Visual FoxPro 3.0 предназначен для разработки высокоэффективных автономных приложений, взаимодействующих как с локальными таблицами в собственном формате (xBase), так и сохраненным в базе данных Access и на SQL-сервере. Мощная визуальная среда разработки и объектно-ориентированный язык 4-го поколения, оптимизированный для разработки приложений взаимодействия с базами данных позволяют создавать необходимые конечным пользователям приложения, реализующие стандартные функции по вводу, модификации и анализу данных. Совместимость по языку и формату данных с СУБД семейства dBase и ее основными производными позволяет осуществить перенос существующих баз данных и приложений в современную графическую среду и архитектуру клиент-сервер. Наличие в поставке инструментального средства Upsizing Tools позволяет осуществить перенос данных и перенаправить обращения на Microsoft SQL Server, не меняя самого приложения.

Вариант поставки Microsoft SQL Server 7.0 Workstation, выполняемый под управлением операционной системы Microsoft Windows NT 3.51 Workstation, представляет собой автономную платформу разработчика, создающего SQL - базы данных, а так же приложения, непосредственно взаимодействующие с сервером, приложения на Transact-SQL, хранимые процедуры и серверные приложения, взаимодействующие через ODS. В комплект входит инструментарий разработчика ODBC- драйверов. С целью тестирования баз данных к SQL- серверу допускается до 15 подключений пользователей.

Пакет Electronic Forms Designer 1.0 и библиотека WorkGroup Template предназначены для создания стандартных форм и автоматизации документооборота, делопроизводства. Она предоставляет разработчику, использующему Visual Basic или Visual C++ доступ к расширенному интерфейсу MAPI, а так же средства для визуального проектирования форм. Этот пакет является основой для реализации системы автоматизации делопроизводства и управления образами документов.

Пакет Microsoft Test for Windows 95 предназначен для проведения тестирования разработанных приложений, моделирования различных вариантов рабочих нагрузок и взаимодействия с пользователем, а так же автоматическую проверку сохранения работоспособности в различных штатных и нештатных ситуациях.

С помощью пакета Source Safe 3.1 Full Retail организуется коллективная работа по разработке программного обеспечения, создаются банки данных исходных кодов проектов, ведется контроль версий и их синхронизация между пользователями, реализуются библиотеки готовых объектов и программных кодов, имеется возможность создания шаблонов разработок и управления процессом реализации проекта.

4.2.7. Пакет разработчика Microsoft Solutions Developer Kit содержит инструментальные средства и комплекты разработчиков для продуктов серии BackOffice, аналогично комплекту ODK для семейства Office. Кроме того, пакет содержит техническую, справочную информацию и приеры реализаций информационных комплексов, реализующих взаимодействие серий Office и BackOffice. В состав пакета входит Access Upsizing Tools- инструмент для переноса баз данных Access на SQL-сервер без изменения приложений.

Основным источником технической информации для разработчиков является Microsoft Developer Network. В продукт Developer Library входит полное описание системных вызовов и программных интерфейсов продуктов Microsoft, их техническое описание, исходные тексты и примеры, а так же утилиты и вспомогательные программные средства для разработчика. В состав Developer Platform входят инструментальные средства разработчика программного обеспечения SDK и драйверов DDK, а так же последнии версии программных продуктов Microsoft для проведения тестирования. MSDN приобретается на условиях подписки, срок обновления - ежеквартально.

4.2.8. Программные продукты серии BackOffice устанавливаются для выполнения на специализированные вычислительные комплексы (серверы) с целью обеспечения сетевых служб и услуг. Для продуктов серии Office и инструментальных средств разработки производится предусмотренная производителем установка выполняемого кода на сервер с целью коллективного доступа через файловый сервис, с последующим непосредственным исполнением либо установкой на вычислительных комплексах пользователей системы.

В состав системы входят первоначальные серверные лицензии на продукты серии BackOffice и 50 пользовательских лицензий для подключения к Windows NT Server, SQL Server, SMS. В поставку MS Mail входит 10 пользовательских лицензий, по 1 лицензии MS Mail содержится в поставке MS Office и MS Mail Remote Client. Приобретается так же по одному экземпляру продуктов семейства Office и инструментальных средств разработки для размещения на сервере.

Дополнительные экземпляры программ либо пакеты лицензий для них, а так же пакеты пользовательских лицензий для вычислительных систем в сети приобретаются Заказчиком отдельно согласно текущим потребностям.

Все программное обеспечение снабжено техническим описанием и руководствами пользователя, предусмотренными производителем, на английском языке. Пакеты MS-DOS, Windows for Workgroups и Office Professional обеспечивают диалог с пользователем и выдачу сообщений на русском языке, а так же содержат руководства пользователя на русском языке.

Вычислительные комплексы

4.3.1. Структура специализированных вычислительных комплексов (серверов) направлена на обеспечение централизованного хранения, обработки и управления информацией. Размещение серверов и рабочих мест управления и администрирования системы в выделенном помещении узла сети с ограниченным доступом и соответствущим техническим оснащением повышает надежность и безопасность системы.

4.3.2. Центральный сервер системы является головным устройством сети, выполняющим основные функции по контролю доступа и ведению каталога ресурсов сети. Он является первичным контролером центрального домена, реализующего доверительные отношения с другими создаваемыми доменами (группами серверов). В создаваемой системе на сервере размещаются так же все сетевые службы и услуги, а так же данные системы и пользователей.

Таблица 7. Технические характеристики сервера и комплектация.

Центральный процессор	два Pentium II 450MHz
Память	ОЗУ 512Мб, кэш 1024 Кб
Шина	PCI, EISA
Контроллер дисков	Wide SCSI
Дисковая память	2x5Gb
Накопители	CD-ROM, DAT
Видео	1Мб, монитор 15”
Многопортовая плата	Digiboard PC-8e

Наличие двух процессоров улучшает производительность и время реакции системы, обеспечивая эффективное распределение вычислений штатными средствами Windows NT. 32 Мб оперативной памяти используются для нужд операционной системы и выполняемых сетевых сервисов, а так же обеспечения кэширования файловых запросов пользователей. Вторые 32 Мб памяти используются системой SQL Server.

300 Мб дискового пространства используются операционной системой и выполняемыми сетевыми сервисами, а так же для организации почтовых отделений. 700 Мб дискового пространства используются для размещения исполняемого кода совместно используемых приложений. 1 Гб дискового пространства занимают квоты персональных данных пользователей, размещаемых на сервере для обеспечения безопасности и резервирования информации. 3 Гб дискового пространства зарезервировано для размещения баз данных и информации с коллективным доступом.

Накопитель CD-ROM с удвоенной скоростью предназначен для установки программных продуктов, поставляемых производителем на оптических дисках. Ленточный накопитель DAT DDS-2 предназначен для резервного копирования содержимого дисковой системы сервера и данных пользователей.

Многопортовая плата расширяет количество доступных на сервере портов последовательного интерфейса RS-232C до 10. Вариант использования портов приведен в таблице:

Таблица 8. . Вариант использования портов.

A	Манипулятор “Мышь”
B	Модем для выделенной линии, до 115Кб
1	Управление источником бесперебойного питания
2	Управление сетевым концентратором
3	Модем для доступа к спутниковому каналу
4	Модем для доступа через городскую телефонную сеть
5	Факс-модем для доступа почтовых абонентов
6	Второй модем доступа к спутниковому каналу (развитие)
7	Управление вторым источником бесперебойного питания (развитие)
8	Управление скоростным сетевым концентратором (развитие)

Для обеспечения безопасности данных и предотвращения нештатных ситуаций с электропитанием сервер подключается к отдельной фазе электросети здания (нагрузка до 4KVA) через источник бесперебойного питания APC SmartUPS мощностью 1400VA, управляемый программой PowerSchute Plus for WinNT.

Взаимодействие удаленных пользователей и территориальных управлений осуществляется с помощю модемов US Robotics Courier V.34 через городскую телефонную сеть и спутниковые каналы сответственно. Доступ удаленных абонентов почтовой системы, а так же прием и отправка факсимильных сообщений осуществляется с помощю модема US Robotics Sportster 28800, подключенного к городской телефонной сети. На этапе создания СПГД обеспечивается круглосуточное подключение к коммуникационному узлу по выделенному каналу с помощю высокоскоростного модема для физических линий.

Сервер сети управляет заданиями на печать непосредственно подключаемого к сети высокопроизводительного лазерного принтера HP LaserJet 4plus. Подключение принтера к электросети осуществляется через автотрансформатор APC Line-R 1250.

На центральный сервер производится установка программных продуктов:

Windows NT 4.0 Server

SQL Server 7.0

SMS 1.1

Mail Server 4.0

PowerSchute Plus for WinNT

Для совместного использования в сети производится размещение на сервере исполняемого кода пакетов:

Windows 95

MS-DOS 6.22

Windows for Workgroups 3.11 DOS Add On

Windows 95 CD Version

Works for Windows 3.0

Project for Windows 4.0

SGML Author for Windows 1.0 (CD)

Office Professional 97 for Windows Rus. (CD)

Electronic Forms 1.0

WorkGroup Template

В дальнейшем, для обеспечения повышенной надежности обработки информации и снижения нагрузки, рекомендуется установка зеркального сервера и отдельных серверов рабочих групп, хранящих локальную информацию и базы данных подразделений. Размещение серверов производится в специально оборудованном помещении узла сети.

4.3.3. Рабочее место администратора локальной сети предназначено для управления работой оборудования и программного обеспечения сети и администрирования пользователей. Работающее в графической среде Windows for Workgroups, рабочее место предоставляет администратору доступ к средствам централизованного управления серверами Windows NT и SMS, а так же управления сетевым оборудованием D-View. С рабочего места так же осуществляется подготовка к распространению программного обеспечения.

Таблица 9. Технические характеристики рабочего места и комплектация

Центральный процессор	Pentium 90MHz
Память	ОЗУ 32Мб, кэш 256 Кб
Шина	PCI, ISA
Контроллер дисков	Fast SCSI
Дисковая память	2Gb
Накопители	CD-ROM
Видео	2Мб, монитор 17”
Звук	Плата и динамики
Планшет	А3

Для обеспечения безопасного электропитания подключение рабочего места к электросети осуществляется через источник бесперебойного питания APC SmartUPS мощностью 700VA, управление которым осуществляется программой PowerSchute for Windows.

Для ввода и взаимодействия с топологией локальной сети используется планшет формата A3, подключаемый через дополнительную плату интерфейса RS-232C.

4.3.4. Рабочее место администратора баз данных предназначено для централизованного управления и разработки структур баз данных, формирования и тестирования баз данных перед их размещением на сервере, а так же разработки серверных приложений взаимодействия с базами данных.

Программную основу составляют операционная система Windows NT Workstation и пакет SQL Server 6.0 Workstation.

Таблица 10. Технические характеристики рабочего места и комплектация

Центральный процессор	Pentium 75MHz
Память	ОЗУ 32Мб, кэш 256 Кб
Шина	PCI, ISA
Контроллер дисков	Fast SCSI
Дисковая память	2Gb
Накопители	CD-ROM, MO, DAT
Видео	2Мб, монитор 17”
Звук	Плата и динамики

Магнитооптический накопитель Pinnacle Micro’ Sierra предназначен для формирования и хранения ретроспективного фонда на съемных носителях. Ленточный накопитель DAT DDS-2, аналогичный применяемому в сервере, предназначен для анализа и восстановления образов баз данных, а так же резервного копирования подготавливаемых баз данных на самом рабочем месте.

Для обеспечения безопасного электропитания подключение рабочего места к электросети осуществляется через источник бесперебойного питания APC SmartUPS мощностью 1000VA, управление которым осуществляется программой PowerSchute Plus for WinNT.

4.3.5. Рабочее место почтового администратора предназначено для администрирования пользователей почтовой системы, управления конференциями и списками рассылок, контролем доступа к факсимильному шлюзу и сортировки поступающих факсимильных сообщений, а так же администрирования сетевой печати. Рабочее место почтового администратора располагается вне помещения узла сети.

Таблица 11. Технические характеристики рабочего места и комплектация

Центральный процессор	Pentium 75MHz
Память	ОЗУ 24Мб, кэш 256 Кб
Шина	PCI, ISA
Контроллер дисков	EIDE
Дисковая память	850Mb
Видео	1Мб, монитор 15”
Сканер	HP ScanJet 3c
Звук	Плата и динамики

В состав рабочего места входит устройство сканирования образов документов, предназначенная для ввода в систему подготовленных документов и изображений с бумажных носителей.

Для обеспечения безопасного электропитания подключение рабочего места к электросети осуществляется через источник бесперебойного питания APC BackUPS Pro мощностью 650VA, управление которым осуществляется программой PowerSchute for Windows. Подключение сканера осуществляется через автотрансформатор APC Line-R 650.

4.3.6. Все устанавливаемые технические средства и вспомогательное программное обеспечение снабжены техническим описанием и руководствами пользователя на английском языке. Все технические средства сопровождаются гарантийными обязательствами поставщика.

Средства передачи данных

4.4.1. Создаваемая техническими средствами передачи данных локальная вычислительная сеть основывается на стандарте IEEE 802.3i “Сеть Ethernet” для первого уровня модели OSI. Сеть Ethernet, имеющая топологию “общая шина”, основана на методе доступа к среде CSMA/CD. Эта технология обеспечивает максимальную скорость передачи 10Mb/s, доступ к сегменту сети до 1024 устройств и плавное изменение производительности в зависимости от количества обращений к сети. На сегодняшний день сети Ethernet наиболее распространены, поддерживаются большим количеством производителей на всех вычислительных платформах.

Вариант 10baseT сети Ethernet использует неэкранированную витую пару категории 3 стандарта EIA/TIA-568A, спецификация TSB-36, в качестве физической среды передачи данных. Физическое подключение имеет топологию “звезда” с модульным повторителем (Hub) в центре и оборудованием передачи данных (DTE) на концах сегментов длинной до 100 метров. Возможно создание древовидных структур с каскадным подключением повторителей. Максимальное расстояние между DTE - 2500 метров, максимальное количество повторителей - 5.

4.4.2. В качестве протоколов 2-го уровня OSI и выше в сети используется немаршрутизируемый адаптивный протокол NetBEUI фирмы IBM и набор протоколов TCP/IP DARPA с инкапсуляцией NetBIOS по стандарту IETF RFC 1001/1002.

Протокол NetBEUI является расширением NetBIOS, обладает высокой эффективностью и производительностью. Компактность, отсутствие маршрутизации и, как следствие, изоляция трафика в сегменте сети позволяют использовать его как основной протокол взаимодействия рабочих станций с сервером.

Протокол TCP/IP является наиболее распространенным на различных платформах, допускает прозрачное взаимодействие через большинство физических интерфейсов сетей, в том числе через глобальные соединения. Входящая в состав Windows NT реализация протокола TCP/IP содержит все необходимые сервисные службы, в том числе динамическое распределение адресов (DHCP) и программный интерфейс доступа к стеку протокола WinSockets.

Являющийся маршрутизируемым протоколом, не зависящим от физической среды, TCP/IP применяется для организации межсетевого взаимодействия, работы с различными платформами и доступа к ресурсам сети Internet.

4.4.3. Для организации взаимодействия DTE используется центральный 4-сегментный модульный повторитель, обеспечивающий подключение 84 (максимум 156) активных элементов, организованных в 4 сегмента с изоляцией трафика между сегментами с помощью мостов. Концентратор имеет возможность управления с помощью протокола SNMP по локальной сети либо через аварийный консольный порт. Концентратор содержит дублированный блок питания, принудительную вентиляцию и выполнен в корпусе для установки в стандартную 19” монтажную стойку, облегчающие его промышленное применение.

Концентратор имеет 12 гнезд для установки модулей. В комплекте устанавливаются модуль управления, 3 модуля мостов (между сегментами 1-2, 1-3, 1-4), 3 модуля повторителя на 12 портов и 2 модуля повторителя на 24 порта. Три свободных гнезда позволяют установить дополнительные модули повторителей при дальнейшем увеличении числа подключаемых к сети вычислительных комплексов.

Централизованное размещение активного сетевого оборудования облегчает управление и контроль работоспособности, а так же позволяет разместить оборудование в специально подготовленном помещении узла сети.

Для увеличения числа подключаемого активного оборудования и снижения кабельной проводки в помещениях с большой концентрацией средств вычислительной техники (более 3) устанавливаются малые (8 портов) и сверхмалые (4 порта) повторители, каскадно соединяемые с центральным повторителем.

4.4.5. Для подключения вычислительных комплексов пользователей системы используются сетевые адаптеры фирмы Intel с энергонезависимой перепрограммируемой памятью, обладающие возможностью автоматической и удаленной настройки, а так же контроля работоспособности. На первом этапе планируется подключение 55 рабочих станций.

Для подключения сервера локальной сети и рабочих мест администраторов системы используется универсальный сетевой адаптер фирмы Intel, обеспечивающий подключение как к существующей сети Ethernet 10baseT, так и к высокоскоростной FastEthernet 100baseTX (стандарт 802.3u) со скоростью до 100Mb/s.

На последующих этапах предлагается установка отдельного повторителя 100baseTX для выделенного соединения серверов и рабочих мест администраторов.

Кабельная система

4.5.1. Кабельная система сети в здании имеет структуру и состав пассивных элементов, определенные в стандарте EIA/TIA-586A. Она предназначена для передачи цифровой информации по неэкранированной витой паре категории 5 с полосой пропускания до 100MHz. Согласно требованиям стандарта кабельная система состоит из:

оборудования рабочего пространства, состоящего из модульных розеток с разъемами RJ-45 и соединительных кабелей между розетками и оконечным оборудованием (длина до 3м.)

горизонтальной кабельной системы, соединяющей оборудование рабочего пространства с этажными разветвителями на основе стандартных кросс - панелей (тип AT&T 110)

вертикальной кабельной системы с магистральной проводкой высокой емкости, соединяющей этажные разветвители с кроссовыми системами центра данных; суммарная длинна горизонтальной и вертикальной системы не превышает 90м.

оборудования центра данных, состоящего из коммутационных панелей со стыком RJ-45 и соеденительных кабелей между панелями и активным оборудованием сети (модульные разветвители) длинной до 6м.

4.5.2. Для монтирования кабельной системы в здании широко используется заложенная в каркас телефонная канализация, в том числе горизонтальная разводка по коридорам с ответвлениями в каждую пару комнат, а так же колодцы вертикальной канализации, разбивающие горизонтальную канализацию на четверти.

Под помещение центра локальной сети выделяется к.313, предусмотренная в проекте здания как помещение узла связи, имеющее необходимые мощности по заводке телефонной канализации.

4.5.3. Структурно схема кабельной разводки предполагает разводку вертикальной кабельной системы парами 48- либо 50-парных кабелей от центра локальной сети к южным и северным колодцам на 2, 3 и 4 этажах, к северному колодцу на 1 этаже и южному колодцу на 5 этаже здания. В помещении центра локальной сети в 19” монтажную стойку устанавливаются по 48-портовой коммуникационной панели для этажей 2, 3 и 4 (по 24 порта на северную и южную сторону), а так же 24-портовые коммуникационные панели для 1 и 5 этажей, на магистральную сторону которых осуществляется разводка кабелей вертикальной кабельной системы.

Разводка горизонтальной кабельной системы осуществляется одинарными либо сдвоенными 4-парными кабелями до настенных розетка рабочего пространства. В помещениях, потенциально пригодных для размещения средств вычислительной техники, устанавливается 2 или 3 модульных розетки на 1 или 2 соединения, в зависимости от размера помещения и пространства для размещения средств вычислительной техники. Для подключения розеток на два соединения используется сдвоенный кабель горизонтальной системы.

Соединение горизонтальной и вертикальной кабельных систем осуществляется на этажах в нишах колодцев вертикальной телефонной канализации. Для соединения используются монтируемые на стену кроссовые панели.

Вертикальная кабельная система и оборудование центра данных обеспечивают подключение 288 конечных портов. Исходя из имеющегося количества средств вычислительной техники, объединяемых в сеть, горизонтальная кабельная система и оборудование рабочего пространства обеспечивают подключение 120 конечных портов, с учетом повторителей в комнатах - 196.

Промежуточные кроссы между вертикальной и горизонтальной системой в настенном исполнении монтируются в шахты вертикальной телефонной канализации на этажах. Коммутационные панели центра данных, вместе с центральным модульным повторителем, монтируются в стандартную 19” монтажную стойку в помещении центра сети.

Состав и содержание работ по созданию системы

5.1. Перечень работ по созданию системы приведен в табл. 12.

Таблица 12. Перечень работ по созданию системы

Наименование работ по договору и основных этапов его выполнения	Срок выполнения
	Начало	Окончание
1. Заключение контрактов на поставку оборудования, приобретение оборудования
2. Обследование (сбор и анализ данных) автоматизируемых объектов	1 месяц	2 месяц
3. Разработка технического проекта на создание локальной сети	2 месяц	2 месяц
4. Разработка рабочей документации по: 4.1. информационному обеспечению 4.2. организационному обеспечению 4.3. методическому обеспечению	3 месяц	5 месяц
5. Адаптация программ	4 месяц	5 месяц
6. Ввод в действие 6.1. подготовка организации к вводу в действие, обучение персонала пользователя 6.2. монтаж оборудования 6.3. проведение опытной эксплуатации системы 6.4. устранение замечаний, выявленных при испытаниях системы 6.5. приемка системы в промышленную эксплуатацию	3 месяц	6 месяц

Порядок контроля и приемки системы

6.1. Приемка системы в опытную эксплуатацию осуществляется комиссией, назначаемой приказом по ГУМР М РК. Председателем комиссии назначается представитель ГУМР М РК.

6.2. Сдача системы в промышленную эксплуатацию должна проводиться после 3 недель опытной эксплуатации.

6.3. Виды, состав, объем и методы испытаний системы должны быть приведены в программе приемочных испытаний, согласованной с ГУМР М РК.

Требования к документированию

7.1. Приобретаемые программные и технические средства должны содержать описание и инструкцию по применению на английском и/или русском языках, поставляемую производителем.

7.2. Вновь разрабатываемые программные средства должны содержать описание и инструкцию по применению на русском языке.

7.3. Все производимые работы по установке и наладке программных и технических средств должны быть документированы. Перечень произведенных работ и изменений, а так же схема размещения компонент (для технических средств) передаются в составе комплексов при сдаче системы в опытную эксплуатацию.

Приложение 2.

На 1 ноября 1998г. была созданная пилотная часть системы на 9 точек подключения. В состав пилотной части входит основное оборудование и программное обеспечение системы.

Программные средства:

Windows 95 (rus., CD)

MS-DOS 6.22 3.5"

Win for Workgroups 3.11 DOS Add On Dual Euro

Windows 95 Resource Kit

Windows NT Workst. 4.0

Windows NT Server 4.0 (CD)

Project for Windows 4.0

SGML Author for Windows 1.0 (CD)

Office Professional for Windows 4.3 Rus.

Visual C++ 2.0 CD

Visual Basic for Windows Pro.3.0/CD+ODK

Microsoft Solutions Development Kit

SQL server DBMS

SQL server Workstation

Electronic Forms 1.0

MS Mail 3.5 server

Borland Delphi

Технические средства:

Центральный сервер локальной сети (без накопителей CD-ROM и DAT, модемов)

Рабочее место администратора локальной сети

Рабочее место администратора баз данных (без накопителей DAT и MO, блока бесперебойного питания)

Сетевой принтер

Устройство сканирования

Оборудование передачи данных:

Центральный модульный повторитель в комплекте;

Сетевые платы для рабочих станций, сервера и рабочих мест;

Три повторителя на 8 портов и три - на 4 порта;

Преобразователи среды для подключения ранее созданных локальных сетей.

Проведены необходимые работы по оборудованию комнаты, осуществлена разводка отдельной электросети и промышленного заземления.

Произведена разводка временной кабельной системы для подключения компьютеров в комнатах 313 (три), 407, 320, 209 (два), 204а, 225 (два), а так же существующих ранее созданных локальных сетей редакции журнала “Минеральные ресурсы Казахстана” и комплекта оборудования Finder.

В настоящее время пилотная система используется специалистами ГУМР и М для отработки взаимодействия и наполнения баз данных по лицензированию месторождений твердых полезных ископаемых и создания базы данных по балансам.

МОНОКАНАЛ

Генератор ПНК

Генератор ПКК

Распознаватель ПНК

Распознаватель ПКК

Бит-стаффинг

Управление бит -стаффингом

приемопередатчик

Генератор контрольных

сумм

Распознаватель адреса

Счетчик длины

Преобразователь

Битов в слова

Преобразователь

Слов в биты

Буфер вывода

Буфер ввода

Сопряжение с интерфейсом ЭВМ

1 W–W – от рабочей станции к рабочей станции, A–A – от активного концентратора к активному концентратору, P–W – от пассивного концентратора к рабочей станции, P–A – от пассивного концентратора к активному концентратору.

49