Активне мережеве обладнання

ВСТУП

З глибокої давнини людство намагалось винайти засоби організації зв’язку на далеку відстань. До таких засобів можна віднести димовий телеграф, сигнальні вогні. Безпосереднім провісником сучасних комп’ютерних мереж були телеграфна та телефонна мережі 19ст. Створення мереж, передавання даних та розподіленого їх опрацювання було результатом науково-технічної революції та розвитку мікроелектроніки. Ще в 50-х роках 20ст., коли з’явилися потужні ЕОМ, виникла потреба сполучати їх з одним або багатьма терміналами для ефективнішого використання їхніх ресурсів. Було створено системи з розподілом часу роботи центрального процесора, де кожному терміналу по черзі виділявся квант часу. Канали зв’язку в такій системі були досить дорогими і використовувалися терміналами неефективно. Тому згодом учені розробили спеціальні пристрої, які збирали трафік (інформаційні потоки) з розташованих поблизу терміналів для спрямування його до центрального процесора.

Всесвітня тенденція до об’єднання комп’ютерів у мережі обумовлена рядом важливих причин, таких як прискорення передачі інформаційних повідомлень, можливість швидкого обміну інформацією між користувачами, одержання й передача повідомлень, обмін інформацією між комп’ютерами різних фірм виробників працюючим під різним програмним забезпеченням.

Метою курсового проекту є теоретичне дослідження процесу проектування мереж та проектуванням локальної обчислювальної мережі згідно з отриманим завданням, а саме необхідно спроектувати мережу для компанії «Teleperformance», в якій буде використовуватися топологія – розширена зірка, буде визначено обладнання, яке необхідно працівникам, розміщено 47 робочих комп’ютерів та 1 сервер з середовищем передачі даних вита пара та з безпровідною мережею Wi-Fi.

 

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1. Планування мережі

Комп’ютерна мережа – це система розподіленої обробки інформації між комп’ютерами за допомогою засобів зв’язку.

Комп’ютерна мережа являє собою сукупність територіально рознесених комп’ютерів, здатних обмінюватися між собою повідомленнями через середовище передачі даних.

Передача інформації між комп’ютерами відбувається за допомогою електричних сигналів, які бувають цифровими та аналоговими. У комп’ютері використовуються цифрові сигнали у двійковому вигляді, а під час передачі інформації по мережі – аналогові (хвильові). Частота аналогового сигналу – це кількість виникнень хвилі у задану одиницю часу. Аналогові сигнали також використовуються модеми, які двійковий нуль перетворюють у сигнал низької частоти, а одиницю – високої частоти.

Всі комп'ютери, що підключені до мережі і безпосередньо беруть участь в обміні даними, вважаються вузлами. Вузли можуть приймати і відправляти повідомлення по мережі. У модемних мережах комп'ютерні вузли можуть працювати як клієнти, сервери, або і те, і інше. Роль комп'ютера в мережі визначається програмним забезпеченням. Сервери – це вузли зі встановленим програмним забезпеченням, що дозволяє надавати іншим мережевим вузлам інформацію. Для роботи кожної служби необхідне окреме серверне програмне забезпечення. Наприклад, для роботи веб-служб в мережі на вузлі повинно бути встановлено програмне забезпечення веб-сервера.

Планування - це найважливіша частина процесу створення мережі. Необхідно знати точне розташовує кожного абонентного відведення кабелю, з тим, щоб його можна було відстежити під час прокладки мережі. Через стіни можуть бути пропущені сотні однакових кабелів, і якщо не задати відповідної організації, то результатом будуть затримки в процесі налагодження мережі. План повинен бути розроблений з урахуванням правил експлуатації будівлі і пожежної безпеки для того, щоб надалі не довелося витягувати всі кабелі. Проте ніхто не гарантує того, що при монтуванні обладнання та кабелів не доведеться знехтувати первинним планом. Для чого і потрібно купувати кабель із залишком.

Клієнти – це комп'ютерні вузли зі встановленим програмним забезпеченням, що дозволяє запрошувати і відображати отриману з сервера інформацію. Прикладом клієнтського програмного забезпечення є веб-оглядач, наприклад, Google Chrome.

Комп'ютер з серверним програмним забезпеченням може одночасно обслуговувати один або декілька клієнтів.

У простій мережі з декількох комп'ютерів чітко видно, як сполучені між собою різні компоненти. Чим більше розростається мережа, тим складніше відстежувати місцеположення кожного компоненту і його зв'язку з мережею. У дротяній мережі для підключення до всіх вузлів використовується безліч кабелів і мережевих пристроїв.

При монтажі мереж складається карта фізичної топології, на якій вказано положення кожного вузла і його підключення до мережі. Крім того, там помічені всі дроти і мережеві пристрої, що сполучають вузли. На топологічній карті фізичні пристрої представлені у вигляді значків. Щоб полегшити монтаж і усунення неполадок в майбутньому, важливо своєчасно оновлювати топологічні карти. Крім топологічної карти фізичних пристроїв, іноді доводиться будувати логічне представлення топології мережі. На логічній топологічній карті вузли групуються по методах використання мережі, незалежно від місцеположення. На такій карті можна вказати імена і адреси вузлів, інформацію про групи і додатки.

Під розміром мережі в даному випадку розуміється як кількість об'єднуваних в мережу комп'ютерів, так і відстані між ними. Під структурою мережі розуміється спосіб розділення мережі на частини (сегменти), а також спосіб з'єднання цих сегментів між собою, адаптерів і кабелю. Тому вибір структури мережі виключно важливий.

1.2. Розмір мережі її структура

У курсовому проекті буде використано топологію "розширена зірка", яка має наступні переваги:

·. хороша масштабованість мережі;

· легкий пошук несправностей і обривів в мережі;

· висока продуктивність мережі (за умови правильного проектування);

· гнучкі можливості адміністрування.

В топології зірка. Кожен комп’ютер підключається окремим кабелем до пристрою, що називається комутатор який знаходиться в центрі мережі. У функції комутатора входить напрям переданої комп’ютером інформації одному або решті всіх комп’ютерів, що знаходяться в мережі.

Головна перевага цієї топології перед загальною шиною - істотно велика надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп’ютера до якого цей кабель приєднаний і лише несправність комутатора може вивести з ладу всю мережу.

Крім того комутатор може грати роль інтелектуального фільтру інформації, що поступає від вузлів в мережу і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка відноситься вища вартість мережевого устаткування із-за необхідності придбання комутатора. Крім того можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів у комутатора. Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох комутаторів ієрархічно сполучених між собою зв′язками типу зірка.

В даний час ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв′язків як в локальних так і глобальних мережах.

вихід з ладу однієї робочої станції не відбивається на роботі всієї мережі в цілому;

· хороша масштабованість мережі;

· легкий пошук несправностей і обривів в мережі;

· висока продуктивність мережі (за умови правильного проектування);

· гнучкі можливості адміністрування.

1.3. Вибір устаткування

Для об'єднання комп'ютерів у мережу необхідне спеціальне мережеве обладнання та програмне забезпечення. З обладнання до компонентів мережі крім власне комп'ютерів (робочих станцій і серверів) відносяться кабелі з конструкціями для їх прокладання та відповідними кабельними роз'ємами, комутатори, мережеві карти.

При виборі мережного устаткування треба враховувати безліч чинників, зокрема:

· рівень стандартизації устаткування і його сумісність з найпоширенішими програмними засобами;

· швидкість передачі інформації і можливість її подальшого збільшення;

· можливі топології мережі і їх комбінації (шина, зірка, кільце);

· дозволені типи кабелю мережі, його максимальну довжину, захищеність від перешкод;

· аналіз сумісності використовуваного устаткування;

· вартість і технічні характеристики конкретних апаратних засобів.

При виборі кабелю треба враховувати в першу чергу необхідну довжину, а також захищеність від зовнішніх перешкод і рівень власних випромінювань. При великій довжині мережі і необхідності забезпечити секретність в передачі даних або високому рівні перешкод в приміщенні.

Ще одна важлива задача - це вибір комп'ютерів. Якщо для робочих станцій або невиділених серверів звичайно використовують звичайні комп'ютери, то виділений сервер краще придбавати спеціально для мережі. Краще, якщо це буде швидкісний спеціалізований комп'ютер-сервер, спроектований з урахуванням специфічних потреб мережі (такі сервери випускаються всіма найбільшими виробниками комп'ютерів).

Окрім перерахованих проблем проектувальнику мережі доводиться вирішувати і проблеми, пов'язані з вибором мережних адаптерів, концентраторів, комутаторів і маршрутизаторів. Варто тільки відзначити, що продуктивність мережі і її надійність визначаються самим низькоякісним її компонентом. Тому, купуючи дорогі концентратори або комутатори, не варто економити на мережеве обладнання. У будь-якому випадку краще, коли всі компоненти устаткування максимально повно відповідають один одному.

Для подальшого планування створюється перелік існуючого устаткування. Цей перелік дає мені можливість визначити, що потрібно для обладнання даної мережі. Подібна інформація може знизити початкові витрати і дозволити отримати максимальну вигоду з існуючого устаткування.

1.4. Мережеві програмні засоби

Серед основних функцій мережевого програмного засобу можна відмітити управління: конфігурацією мережі і її ресурсами, санкціонованим доступом до її ресурсів з боку окремих робочих місць і інших зовнішніх абонентів, системою мережевих ідентифікаторів і адресацією, інформаційними потоками в мережі і її виробництвом, методами доступу, обробки особливих і аварійних ситуацій, мостами або шлюзами і т.д. В загальному випадку мережеве програмне забезпечення забезпечує вирішення задач користувача (абонента мережі), зв'язаних з розділеним використанням ресурсів мережі і розподіленою обробкою інформації. В першу чергу це відноситься колективного використання спільних для багатьох користувачів даних у вигляді окремих файлів, та їх сукупності. Для забезпечення функціонування ЛОМ різного типу і призначення в теперішній час розроблено цілий ряд ефективних мережевих ПЗ різного рівня - від окремих пакетів до цілих мережевих операційних систем, забезпечуючи роботу достатньо великих і різнотипних ЛОМ.

Користувач на робочому місці мережі, обладнаного ПК з необхідною периферією і програмним забезпеченням, виконує свою професійну роботу, наприклад текстовий процесор, електронні таблиці, спеціальний пакет прикладних програм і т.д. Вся його локальна робота на ПК підтримується операційною системою (ОС); через систему логічних інтерфейсів користувач отримує доступ до інформаційно-обчислюваних ресурсів свого (вузлового) ПК. Працюючи в умовах функціонування ЛОМ, таке робоче місце не показує (при незначних мережевих обслуговуваннях) якого-небудь суттєвого впливу на ефективність роботи мережі в цілому.

Ефективність функціонування самого робочого місця, в загалі, визначаються його локальними умовами. При необхідності використання інформації із загальною базою даних іншого робочого місця використовується мережева ПЗ (телекомунікаційні функції, які розподілені по всіх вузлових ПК мережі) для отримання передачі потрібної інформації. В багатьох ЛОМ використовується централізована база даних (яка зберігається в достатньому об'ємі НМД), тому доцільно на файловий сервер покласти функції централізованого управління даними. Такий підхід реалізований в цілому ряді систем типу клієнт - сервер. При цьому в ряді випадків при виборі телекомунікаційної організації такого типу системах перевагу слідує надавати не виключно мережевій, а багато термінальній системі як більш ефективній у випадках приватного використання загальної БД багатьма робочими місцями.

Мережеве ПЗ забезпечує користувача логічним інтерфейсом і засобами доступу до ресурсів як файлового сервера, так і будь-якого іншого робочого місця мережі. Фізично ввесь обмін інформацією проводиться тільки через середовище обміну (через мережевий кабель вита пара або бездротовою Wi-Fi мережею та ін.).

1.5. Типові топології мережі, топологія «зірка»

В топології зірка. Кожен комп’ютер підключається окремим кабелем до пристрою, що називається комутатор який знаходиться в центрі мережі. У функції комутатора входить напрям переданої комп’ютером інформації одному або решті всіх комп’ютерів, що знаходяться в мережі.

Головна перевага цієї топології перед загальною шиною - істотно велика надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп’ютера до якого цей кабель приєднаний і лише несправність комутатора може вивести з ладу всю мережу.

Крім того комутатор може грати роль інтелектуального фільтру інформації, що поступає від вузлів в мережу і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка відноситься вища вартість мережевого устаткування із-за необхідності придбання комутатора. Крім того можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів у комутатора. Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох комутаторів ієрархічно сполучених між собою зв′язками типу зірка.

В даний час ієрархічна зірка є найпоширенішим типом топології зв′язків як в локальних так і глобальних мережах.

 

Рис. 1. Топологія зірка

 

 

У мережах з топологією «зірка» підключення комп'ютерів до мережі виконується централізовано. Але є і недоліки: оскільки всі комп'ютери підключені до центральної точки, для великих мереж значно збільшується витрата кабелю. До того ж, якщо центральний компонент вийде з ладу, то зупиниться вся мережа. А якщо вийде з ладу тільки один комп'ютер (або кабель, що сполучає його з концентратором), то лише цей комп'ютер не зможе передавати або приймати дані по мережі. На решту комп'ютерів в мережі цей збій не вплине.

В основні достоїнства такого підходу - універсальність, гнучкість, безпека.

1.6. Стандарти технології Ethernet

Ethernet - це найпоширеніший на сьогоднішній день стандарт локальних мереж. Загальна кількість мереж, що використовують в даний час Ethernet, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів, що працюють з встановленими мережевими адаптерами Ethernet - у 50 мільйонів.

Коли говорять Ethernet, то під цим звичайно розуміють будь-який з варіантів цієї технології. У більш вузькому сенсі, Ethernet - це мережевий стандарт, заснований на технологіях експериментальної мережі Ethernet Network, яку фірма Xerox розробила і реалізувала в 1975 році (ще до появи персонального комп'ютера). Метод доступу був випробуваний ще раніше: у другій половині 60-х років у радіомережі Гавайського університету використовувалися різні варіанти випадкового доступу до загального радіо середовища, які отримали загальну назву Aloha. У 1980 році фірми DEC, Intel і Xerox спільно розробили й опублікували стандарт Ethernet версії II для мережі, побудованої на основі коаксіального кабелю. Тому стандарт Ethernet іноді називають стандартом DIX по заголовних букв назв фірм.

На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3, який багато в чому співпадає зі своїм попередником, але деякі відмінності все ж таки є. Тоді як в стандарті IEEE 802.3 розрізняються рівні MAC і LLC, в оригінальному Ethernet обидва ці рівня об'єднані в єдиний канальний рівень. У Ethernet DIX визначається протокол тестування конфігурації (Ethernet Configuration Test Protocol), який відсутній в IEEE 802.3. Декілька відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів в цих стандартах співпадають. Часто для того, щоб відрізнити Ethernet, визначений стандартом IEEE, і фірмовий Ethernet DIX, перший називають технологією 802.3, а за фірмовим залишають назву Ethernet без додаткових позначень.

У 1995 році був прийнятий стандарт Fast Ethernet, який багато в чому не є самостійним стандартом, про що говорить і той факт, що його опис просто є додатковим розділом до основного стандарту 802.3 - розділом 802.3u. Аналогічно, прийнятий в 1998 році стандарт Gigabit Ethernet. Всі види стандартів Ethernet (зокрема Fast Ethernet і Gigabit Ethernet) використовують один і той же метод розділення середовища передачі даних - метод CSMA/CD.

1.7. Фізичне середовище передачі даних

В якості середовища передачі інформації в локальних мережах найчастіше використовуються: вита пара провідників i оптоволоконні середовища.

Вита пара (англ. twisted pair) - вид мережевого кабелю, є однією або декількома парами ізольованих провідників, скручених між собою (з невеликою кількістю витків на одиницю довжини), для зменшення взаємних наведень при передачі сигналу, і покритих пластиковою оболонкою. Використовується як мережевий носій в багатьох технологіях, таких як Ethernet, ARCNet і Token ring. В даний час, завдяки своїй дешевизні і легкості в установці, є найпоширенішим для побудови локальних мереж.

Рис. 2. Вита пара

 

Залежно від наявності захисту — електрино заземленої мідної сітки або алюмінієвої фольги навколо скручених пар, визначають різновиди даної технології:

- неекранована вита пара (UTP — Unshielded twisted pair)

- екранована вита пара (STP — Shielded twisted pair)

- фольгована вита пара (FTP — Foiled twisted pair)

- фольгована екранована вита пара (SFTP — Shielded Foiled twisted pair)

В деяких типах екранованого кабелю, захист може використовуватися ще і навкруги кожної пари. Екранування забезпечує кращий захист від електромагнітних наведень як зовнішніх, так і внутрішніх, і так далі.

Вита пара підключається до комп'ютера за допомогою роз'єму RJ-45 (Registered Jack 45)

Рис. 3. Registered jack RJ-45

 

Вита пара здатна забезпечувати роботу мережі на швидкостях 10, 100 і 1000 Мбіт / с.

Мережеве обладнання

Мережеве обладнання необхідне для підключення багатокористувацьких систем, ЕОМ або робочих станцій до локальних мереж і не включає програмне забезпечення ЛОМ (наприклад, спеціалізовані мережеві операційні системи) або сервери, які враховуються у відповідних категоріях компонентів технічного і програмного забезпечення.

У зв’язку з обмеженням на максимальну довжину кабелю, кількістю допустимих з'єднань комп’ютерів у мережу, досить складною топологією мережі необхідно мати спосіб обійти дані обмеження. Для цієї важливої задачі використовують різноманітне активне, пасивне і бездротове мережеве обладнання.

Активне мережеве обладнання

Так називається обладнання, з певними особливостями. Тобто активним мережевим устаткуванням є маршрутизатор, комутатор (світч) і т.д.

Комутатор, виступає в якості ведучого елемента комп'ютерної мережі. Забезпечення зв'язку з базовою магістраллю або групою серверів по високошвидкісним каналам, може з'єднувати сегменти мережі, служить також для ізоляції трафіку в мережі, що сприяє більш високих швидкостей передачі інформації.

Комутатори вирішують наступні проблеми:

· збільшують розміри мережі;

· збільшують максимальну кількість комп'ютерів в мережі;

· усувають вузькі місця, що з'являються в результаті підключення надлишкового числа комп'ютерів і, як наслідок, зростання трафіку.

У якості активного мережного встаткування в дипломному проекті використовується обладнання фірми TP-Link, які зарекомендували себе з найкращої сторони і є одними з найбільш якісних продуктів на світовому ринку.

Комутація зарекомендувала себе як найбільш економічна й гнучка технологія, що забезпечує збільшення смуги пропущення й підвищення керованості мережі на всіх рівнях; до того ж її впровадження сполучене з мінімальними перебудовами в мережі.

Для об’єднання мережі використовується гігабітний комутатор:

· Комутатор TP-Link TL-SG1016D

Комутатор TP-Link TL-SG1016D з 16 портами 10/100/1000Base-T виконаний в компактному корпусі. Він дозволяє забезпечити швидкість Gigabit Ethernet для з'єднання з серверами і магістральною мережею, а також для підключення високопродуктивних робочих станцій.

Підтримка швидкості 1000 Мбіт/с дозволяє користувачам передавати по мережі файли, що вимагають великої смуги пропускання, графічні файли і мультимедійні файли.

Рис. 4. Комутатор TP-Link TL-SG1016D

 

Всі порти підтримують управління потоком методом «зворотної передачі даних» і IEEE 802.3x. Ці функції дозволяють уникнути втрати пакетів при переповнюванні буфера порту приймаючого пристрою.

Всі порти підтримують автоматичне визначення полярності кабелю MDI/MDIX. До будь-якого порту можна підключити сервер, маршрутизатор або комутатор, використовуючи прямий кабель на основі витої пари. Крім того, комутатор підтримує автоматичне визначення швидкості (10, 100 або 1000 Мбіт/с) на кожному порту, вибираючи максимально можливу в даному випадку швидкість і забезпечуючи оптимальну продуктивність.