Выбор типа сети. Как следует из названия локальная вычислительная сеть является системой, которая охватывает относительно небольшие расстояния

2.1 Выбор типа сети. Как следует из названия локальная вычислительная сеть является системой, которая охватывает относительно небольшие расстояния.

Сейчас в мире насчитываются десятки тысяч различных ЛВС (в 1978 г. их было всего пять), и для их рассмотрения полезно иметь систему классификации. Установившейся классификации ЛВС пока не существует, однако можно выявить определенные классификационные признаки ЛВС.

К ним следует отнести классификацию по назначению, типам, организации управления, организации передачи информации, по топологическим признакам, физическим носителям сигналов, управлению доступом к физической передающей среде и др.

По конфигурации сети делятся на одноранговые , сети с разделением ресурсов и сети типа клиент-сервер.

Одноранговая сеть. Сеть, в которой каждая рабочая станция может разделить все, некоторые (или вообще никакие) из имеющихся в ней ресурсов с другими рабочими станциями сети.

Сеть с разделением ресурсов. В сети такого типа один или несколько центральных серверов получают и отправляют файлы, а также содержат используемые рабочими станциями ресурсы. Рабочие станции не могут использовать ресурсы друг друга и сами выполняют все вычисления.

Сети типа клиент-сервер. Приложения, использующие эту технологию, разделены на две части – клиентскую, которая принимает запросы клиентов, обрабатывает их и выполняет задание, запрос на которое получает от клиента. Затем клиентская часть приложения сообщает пользователю результаты работы сервера.

На основе приведенного выше материала и анализа исходных данных выбираем сеть на основе выделенного сервера, который будет осуществлять функции файл-сервера, администрирования сети, централизованное управление сетевыми ресурсами, централизованное обеспечение безопасности и управление доступом, централизованную обработку запросов пользователей.

2.2 Выбор топологии сети. Существует несколько вариантов топологий для построения сетей. Ниже приведено описание некоторых из них

Расположение кабелей, соединяющих компоненты сети воедино, называется топологией. Топология сети определяет не только физическое расположение кабелей, но и физическое подключение клиентов к сети. В настоящее время используются сети, строящиеся на основе топологии трех типов (а также различных производных от этих типов). К таким типам топологий относятся: топология типа “Шина” (линейная), “кольцо” (кольцевая), “звезда” (каждый компьютер подключается при помощи отдельного ответвления к одному, общему, центральному устройству, называемому “концентратором”) При построении сети по линейной (шинной) схеме, каждый компьютер подсоединяется к одному общему кабелю. На концах кабеля устанавливаются терминаторы (оконечные сопротивления). Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от оконечных терминаторов. (рис 2.1).

В локальной сети шинной топологии сетевой кабель подключается к каждому компьютеру с помощью T-разъемов. Шина проводит сигнал из одного конца сети к другому, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и если он совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если же адрес не совпадает, сигнал уходит по линии дальше.

Рис 2.1

В другом варианте локальной сети шинной топологии каждая рабочая станция подключается к "основному" кабелю с помощью вспомогательных отводов.

Сети шинной топологии пассивны, т.е. компьютеры, подключенные к такой сети, только принимают информацию и не отвечают за ее передачу. Если одна из подключенных машин не работает, это не сказывается на работе сети в целом. Однако, если соединение любой из подключенных машин нарушается из-за нарушения контакта в разъеме или обрыва кабеля, неисправности терминатора, весь сегмент сети (участок кабеля между двумя терминаторами) теряет целостность, что приводит к нарушению функционирования всей сети. Это является основным недостатком сети с шинной топологией- при возникновении повреждения одного участка кабеля перестает работать вся сеть. В таблице 2.1 перечислены все достоинства и недостатки сетей с вышеуказанной топологией.

Таблица 2.1

Достоинства	Недостатки
Отказ любой из рабочих станций не влияет на работу всей сети. Простота и гибкость соединений. Недорогой кабель и разъемы. Необходимо небольшое количество кабеля. Прокладка кабеля не вызывает особых сложностей.	Разрыв кабеля, или другие неполадки в соединении может исключить нормальную работу всей сети. Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций. Трудно обнаружить дефекты соединений. Невысокая производительность.  При большом объеме передаваемых данных главный кабель может не справляться с потоком информации, что приводит к задержкам.

Топология "кольцо"

Этот вид топологии представляет из себя последовательное соединение компьютеров, при котором последний соединен с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них часто приводит к нарушению работы всей сети. Данная топология является активной. В настоящее время используется относительно редко. На рисунке 2.2 приведена схема данной топологии

 

 

 

Рис 2.2

Топология "звезда"

Топология "звезда" - схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля.

Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому "концентратором". Схема соединения по топологии "звезда" приведена на рисунке 2.3

Рис. 2.3

Концентратор распределяет сигналы между всеми рабочими станциями, подключенными к сети, направляя его по кабелям в разных направлениях. Могут применяться либо активные, либо пассивные концентраторы. Пассивные концентраторы только пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Активные концентраторы поддерживают большее число подключаемых рабочих станций, а также усиливают сигнал, и при необходимости восстанавливают его. Могут использоваться также более длинные соединительные кабели. Если между концентратором, и рабочей станцией происходит нарушение соединения, теряет связь только данная станция. Все остальные работающие в сети компьютеры продолжают нормально работать. Однако, при отказе концентратора, работа сети становится полностью парализованной.

На базе топологии "звезда" можно строить различные другие виды топологий, как бы расширяя ее. Например, можно к уже имеющимуся в сети концентратору добавить еще концентратор с определенным количеством портов и тем самым добавить новых пользователей в сеть. Для этого нужно один конец кабеля вставить в один из портов нового концентратора, а другой в свободный порт ранее установленного концентратора.

Данная топология обычно строится на кабельной системе "витая пара" , хотя если используется концентратор с дополнительным портом для подсоединения с помощью коаксиального кабеля можно использовать это соединение. Например можно подсоединить к общей сети еще несколько рабочих станций по топологии например "шина" Таким образом из данной топологии можно сделать практически любую смешанную топологию. В таблице 2.2 перечислены все достоинства и недостатки сетей с топологией типа "звезда"

Достоинства	Недостатки
Подключение новых рабочих станций не вызывает особых затруднений. Возможность мониторинга сети и централизованного управления сетью При использовании централизованного управления сетью локализация дефектов соединений максимально упрощается. Хорошая расширяемость и модернизация.	Отказ концентратора приводит к отключению от сети всех рабочих станций, подключенных к ней. Достаточно высокая стоимость реализации, т.к. требуется большое количество кабеля.

 Таблица 2.2

На основе всей вышеприведенной информации о топологиях построения сетей, достоинствах и недостатках каждой из них, и в соответствии с характеристиками создаваемой сети выбираем топологию "звезда-шина" В создаваемой сети предполагается использование 90 компьютеров и 1 файл сервер.

2.3 Выбор кабельной системы Зависит от интенсивности сетевого трафика, требований к защите информации, максимального расстояния, требований к характеристикам кабеля, стоимости реализации. Кабельная система должна соответствовать условиям ее применения. К числу факторов, влияющих на стоимость и пропускную способность кабеля, относятся: простота монтажа, экранирование, перекрестные помехи, скорость передачи, стоимость кабеля, затухание сигнала, стоимость оборудования, необходимого для подключения кабеля. Сравнительные характеристики различных типов кабеля приведены в таблице 2.3

Проанализировав характеристики различных типов кабеля, физическое расположение компьютеров в качестве кабельной системы для нашей сети выбираем кабель "витая пара" 10 Base-T Level 5. Так как данный вид кабеля является наиболее дешевым соединением, позволяет передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, не вызывает особых сложностей при монтаже, длина сегмента не превышает 100 метров.

Характеристики	Тонкий коаксиальный кабель (10 Base 2)	Толстый коаксиальный кабель (10 Base 5)	Витая пара (10 Base T)	Оптоволоконный
Стоимость	Невысокая	Средняя	Невысокая	Высокая
Эффективная длинна кабеля	185 м	500 м	100 м	2 км
Скорость Передачи	10 Мбит/с	10 Мбит/с	4 Мбит/с - 100 Мбит/с	100 Мбит/с - 1 Гбит/с
Гибкость	Гибкий	Менее гибкий	Самый гибкий	Не гибкий
Простота Монтажа	Средняя	Средняя	Высокая	Средняя

По определению, витая пара- это два изолированных провода, скрученных между собой. Именно скрутка позволяет предотвратить некоторые типы помех, наводимые на кабеле. Обычно для Ethernet 10 Base-T используется кабель, имеющий две витые пары- одну на передачу и одну на прием (AWG 24). Тем не менее в этих же целях часто используют обычный телефонный кабель.

Таблица 2.3

 Пассивная часть кабельной структуры ЛВС включает в себя: сам кабель, настенные розетки RJ-45, патч-корды с разъемами RJ-45/5L (кабель для соединения настенных розеток с разъемами на сетевом адаптере компьютера. Для соединения концентраторов между собой используется коаксиальный кабель.

2.4 Выбор концентратора. Как уже говорилось выше, относительно концентраторов они бывают пассивными и активными. Еще концентраторы бывают управляемые и неуправляемые. Неуправляемые концентраторы не позволяют изменять свои характеристики путем несложных манипуляций (аппаратно или при помощи программного обеспечения.) Они имеют постоянные, неизменяемые характеристики. Управляемые концентраторы позволяют менять свои характеристики обычно при помощи специального программного обеспечения, входящего в их комплект. Единственным недостатком управляемых концентраторов является довольно высокая их стоимость. Их целесообразно использовать в специализированных сетях с достаточно высокими требованиями.

Для нашей сети подойдет активный концентратор Compex TP1024C, имеющий 24 порта для "витой пары" и 1 порт для коаксиального кабеля. В настоящее время у фирмы имеется 90 компьютеров, 1 файл сервер, поэтому 120 портов для их подключения будет достаточно. (5*24=120)

Для обеспечения более удобной разводки и экономии кабеля разместим по 2 концентратора на 2-м и 3-м этажах, на 1-м этаже один концентратор.

2.5 Выбор платы сетевого адаптера В качестве сетевых аппаратных средств рабочих станций и сервера выбираем сетевые платы 3COM EtherLink XL 10/100 PCI NIC (3C905-TX) так как фирма 3COM дает пожизненную гарантию на свою продукцию и делает ее с неплохим качеством. Количество сетевых карт равно количеству подключаемых компьютеров, т. е. 91.

2.6 Выбор типа сервера. По определению, сервер- это некоторое обслуживающее устройство, которое в ЛВС выполняет, например, роль управляющего центра и концентратора данных. Под сервером, вообще говоря, понимается комбинация аппаратных и программных средств, которая служит для управления сетевыми ресурсами общего доступа.

Файл-сервер в ЛВС является "выделенным" компьютером, который отвечает за коммуникационные связи всех остальных компьютеров, входящих в данную сеть, а также предоставляет им общий доступ к общим сетевым ресурсам: дисковому пространству, принтеру (принтерам), межсетевому интерфейсу и т.д.

В ЛВС может использоваться несколько выделенных серверов. Например, сервер приложений (программы типа "клиент-сервер"), являясь, так же как и файл-сервер, "выделенным" компьютером, выполняет одну или несколько прикладных задач, которые запускаются пользователями со своих терминалов, включенных в данную сеть.

На файл-сервере должна работать специальная сетевая операционная система. Обычно это мультизадачная ОС, использующая защищенный режим работы процессора.

Остальные компьютеры называются рабочими станциями. Рабочие станции имеют доступ к дискам файл-сервера и совместно используемому принтеру (принтерам) .

В нашей сети необходимо установить один выделенный сервер, который будет выполнять функции (файл-сервера), централизованную обработку запросов других пользователей, хранения информации, сервер должен решать вопросы маршрутизации и транспортировки информации, администрирования сети, централизованного управления сетевыми ресурсами, централизованного обеспечения безопасности и управления доступом.

2.7 Выбор аппаратного обеспечения сервера.  Можно выделить два основных параметра, отличающих сервер от обычных компьютеров. Во-первых, это очень высокая производительность (это касается, разумеется, и эффективного обмена с периферийными устройствами), достаточно мощная дисковая подсистема (преимущественно со SCSI интерфейсом), а во-вторых, повышенная надежность (сервер как правило работает круглые сутки не выключаясь). Что касается производительности, то для сервера ее довольно часто оценивают в транзакциях. Вообще говоря, под транзакцией понимают совокупность трех последовательных действий: чтение данных, обработка данных и запись данных. Применительно, например, к файл-серверу транзакцией можно считать процесс изменения записи на сервере, когда рабочая станция выполняет модификацию файла, хранимого на сервере.

Немалую роль играет возможность расширения системы и простота ее модернизации, поскольку именно это позволяет обеспечить требуемую производительность не только на текущий момент времени, но и в будущем.

Наибольший интерес представляет максимальный объем оперативной памяти, который можно использовать на данном сервере, возможность установки более мощного процессора, а так же второго процессора (если планируется использование операционной системы, поддерживающей двухпроцессорную конфигурацию). Немаловажным так же остается вопрос о том, какую конфигурацию дисковой подсистемы можно использовать на данном сервере, в первую очередь, какой объем дисков, максимальное их количество. Если в конкретном случае к дисковой подсистеме должны предъявляться особые требования необходимо узнать о возможности применения RAID- массива, а также возможность "горячей" замены накопителей.

Несомненно, что жизненно важным параметром любого сервера является его качественное и бесперебойное питание. В связи с этим необходимо проверить наличие у сервера нескольких (хотя бы двух) блоков питания. Обычно эти два блока питания работают параллельно, т.е. при выходе из строя одного, сервер продолжает работать, получая питание от другого (исправного) блока питания. При этом должна так же быть возможность их "горячей" замены. И само собой разумеется, необходим источник бесперебойного питания. Его наличие позволяет в случае пропадания напряжения в электросети по крайней мере корректно завершить работу операционной системы и выключить сервер.

Если сервер планируется подключать к двум, физически несвязанным сетям необходимо убедиться в возможности установки второй сетевой платы.

Высокая надежность серверов достигается путем реализации комплекса мер, касающихся как обеспечения необходимого теплообмена в корпусе, контроля температуры важнейших компонентов, слежения за рядом других параметров, так и полного или частичного дублирования подсистем.

Так, в подсистеме памяти наряду с обычным контролем четности часто используется контроль с исправлением ошибок ECC (Error Checking and Correction).

В принципе сервер может быть реализован и на обычном, стандартном компьютере, имеющим конфигурацию с достаточно хорошими характеристиками. Операционная система, реализующая сервер не предъявляет специальных требований к аппаратному обеспечению, однако надежность при этом будет снижена. Поэтому если в конкретном случае к надежности сервера предъявляются повышенные требования рекомендуется использовать специально предназначенные для этого компьютеры.

Для нашего сервера наиболее подходящим будет следующее аппаратное обеспечение:

- процессор- Pentium III с тактовой частотой 1000 МГц,

- кэш-память - 256 Кб,

- оперативная память - 256 Мб,

- 3 жестких диска Ultra 1600 SCSI, емкостью 30 Гб,

- сетевая карта - 3com Etherlink XL 10/100 PCI NIC (3c905-TX)

Сервер разместим на третьем этаже, в помещении №2 и подключим непосредственно к концентратору.

2.8 Выбор сетевого программного обеспечения  Основными разработчиками сетевых программных продуктов для серверных ЛВС являются фирмы Novell и Microsoft. Семейство основных сетевых операционных систем фирмы Novell содержит продукты NetWare версий 1.X, 2.X, 3.X, 4.X, 5.X.

В 1985 году фирма Novell выпустила сетевую ОС, названную Advanced NetWare 1.0 (версия 1.2 появилась чуть позже, в том же году), которая явилась первой ОС, использующая преимущества защищенного режима процессора 80286.

Версия 2.0 Advanced NetWare была выпущена в 1986-м году и предоставляла ЛВС улучшенные характеристики, лучшую производительность и возможности организации межсетевого обмена. Одной из выдающихся особенностей данной версии была способность соединять до четырех различных сетей с одним файловым сервером.

С появлением процессоров 80386 фирма выпустила следующую версию продукта NetWare 3.12 которая использовала преимущества этих процессоров. Она предоставляет расширенные возможности: доступ к памяти до 4 гигабайт для кэширования, присоединение к одному серверу до 250 пользователей, максимальный размер файла до 4 гигабайт, один файл может располагаться на нескольких носителях. До 100000 файлов могут быть открыты одновременно.

Версия 3.12 ОС NetWare воплотила обещание фирмы Novell поддерживать рабочие станции под управлением различных ОС. На сервере могут храниться файлы для рабочих станций с операционными системами Dos, Macintosh, OS/2, UNIX. Для этого на сервере, управляемом ОС NetWare 3.12 предусмотрены специальные атрибуты для имен файлов.

В 1993-м году фирмой была выпущена версия NetWare 4.X Эта версия полностью совместима с предыдущими версиями систем, однако в эту версию фирма внесла ряд существенных новшеств. Стало возможным присоединение к серверу с рабочих станций, работающих под управлением OC Windows всех версий, включая Windows 95, 98, и более поздние версии. Для этого необходимо инсталлировать на рабочих станциях специальную программу, входящую в комплект системы NetWare 4.X.

NetWare 4.X позволяет одновременную работу до 1000 пользователей, против 250, как это было в предыдущей версии, причем фирма продает лицензии на определенное количество пользователей (от 5 до 1000).

На настоящий момент фирмой Novell выпущена версия NetWare 5.X. В ней еще больше улучшена совместимость с рабочими станциями, работающими на операционных системах семейства Windows, причем администрирование сервера возможно только с рабочей станции под управлением ОС Windows. Во всех предыдущих системах это делалось из ОС Ms-Dos.

 

Сетевые операционные системы фирмы Microsoft

В 1995-м году фирмой Microsoft была разработана операционная система Windows NT в качестве серверной платформы. Windows NT является уникальной и мощной ОС. При ее разработке преследовались следующие цели: надежность, производительность, переносимость, масштабируемость, совместимость и безопасность.

Надежность позволяет использовать Windows NT в качестве основы для задач, требующих именно этого свойства. Она идеально приспособлена для работы в качестве сетевого сервера и рабочей станции, где требуется повышенная устойчивость и высокая производительность.

Будучи истинно 32-х разрядной системой, Windows NT работает в 32-х битовой линейной модели памяти, которая позволяет адресовать 4 Гбайт (свыше 4-х миллиардов байт) памяти.

Windows NT использует метод вытесняющей многозадачности, что гарантирует адекватное распределение ресурсов процессора на протяжении всей работы системы. Это также предотвращает монопольный захват процессора приложением и остановку системы в тех случаях, когда приложение работает нестабильно или внезапно прекратило работу. Это позволяет Windows NT работать даже тогда, когда другая операционная система окончательно бы зависла.

Транзакционная файловая система (NTFS) Windows NT усовершенствована и предельно надежна. Используя транзакции, Windows NT имеет возможность отменить незавершенную или неправильную операцию записи, возникающую в случае сбоя аппаратного или программного обеспечения (например, внезапное отключение электропитания во время записи файла). Благодаря такому подходу файловая система Windows NT гораздо менее подвержена разрушению при различных нештатных ситуациях.

Все составляющие части Windows NT используют 32-х битовый код что позволяет повысить скорость работы по сравнению операционными системами использующими 16-ти разрядную технологию.

Операционная система Windows NT существует в двух вариантах- Wndows NT Server и Windows NT Workstation. Первая предназначена для использования в качестве сервера и имеет все возможности для его реализации. Вторая предназначена для рабочих станций, ее целесообразно использовать на рабочих станциях, где требуется повышенная защищенность и надежность работы.

На текущий момент фирмой Microsoft выпущена ОС Windows 2000. В эту версию вложено несколько новых усовершенствований, среди них: поддержка файловой системы FAT32, в связи с чем стало возможным использование жестких дисков больших емкостей и возможность использование их емкости с меньшими потерями, по сравнению с более старой файловой системой FAT16. Еще в систему внесена технология Plug-and-Play, позволяющая упростить процесс инсталляции новых аппаратных компонентов. В операционной системе Windows NT этих возможностей не было

Эта система также выпущена в двух вариантах Windows 2000 Server - для сервера и Windows 2000 Professional - для рабочих станций. В недалеком будущем фирма Microsoft планирует выпуск новых сетевых операционных систем.

На основании вышеприведенного анализа сетевых операционных систем в качестве сетевой ОС для нашей сети выбираем Microsoft Windows 2000. Сервер нашей сети работает под управлением Microsoft Windows 2000 Server. На рабочих станциях установлена операционная система Microsoft Windows Millenium

2.9 Выбор сетевого протокола.  Протокол - это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления связи. Естественно, все компьютеры, участвовавшие в обмене данными, должны работать по одному и тому же протоколу, чтобы по завершении передачи вся информация восстанавливалась в первоначальном виде.

Сетевые протоколы управляют адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу пакета (в случае обнаружения ошибки в процессе передачи). Наиболее популярны из них следующие:

- IP (Internet Protocol) - TCP/IP - протокол для передачи данных. Применяется для работы с глобальной сетью (Доступа в Internet). Промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость - одно из основных преимуществ данного протокола, поэтому на большинстве ЛВС применяют данный протокол. Кроме того TCP/IP является маршрутизируемым протоколом для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCP/IP поддерживает маршрутизацию, обычно его используют в качестве межсетевого протокола.

Однако вышеуказанный протокол имеет два недостатка: размер и недостаточно высокую скорость работы. TCP/IP - относительно большой стек протоколов, который может вызвать проблемы у MS-DOS-клиентов. Однако для операционных систем Windows NT или Windows 95,98 и более поздних версий размер не является проблемой, а скорость работы сравнима со скоростью протокола IPX (наиболее быстрым из всех протоколов).

 - IPX (Internetwork Packet Exchange) - протокол фирмы Novell для передачи и маршрутизации пакетов. Используется для взаимодействия с сетями NetWare.

-NWLink - реализация протокола IPX/SPX фирмой Microsoft;

- NetBEUI - транспортный протокол, обеспечивающий услуги транспортировки данных для сеансов и приложений NetBIOS. Обеспечивает связь компьютеров в сети Microsoft. Не поддерживает маршрутизацию.

На основе вышеприведенной информации обо всех сетевых протоколах для нашей сети выбираем протокол TCP/IP, так этот протокол наиболее полно обеспечивает все необходимые нам функции, главной из которых является выход на глобальную сеть (Internet).