Дипломная работа: Проектирование локальной сети для рабочих мест на базе сети Ethernet

Министерство образования и науки Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра СиУТ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

на тему:

«Проектирование локальной сети для рабочих мест на базе сети Ethernet»

Минск 2005

Содержание

1. Концепция построения, назначение и типы сетей

1.1 Архитектура локальной сети Ethernet

1.2 Два типа сетей

1.2.1 Одноранговые сети

1.2.2 Сети на основе сервера

1.3 Обзор топологии сетей

1.3.1 Шина

1.3.2 Звезда

1.3.3 Кольцо

1.3.4 Комбинированные топологии

Выводы

2. Обзор и анализ сетевого оборудования и операционных систем

2.1 Обзор сетевых кабелей и компонентов кабельной системы

2.1.1 Витая пара

2.1.2 Коаксиальный кабель

2.1.3 Волоконно-оптический кабель

2.1.4 Обзор кабельных соединений и компоновки Ethernet.

2.2 Анализ и выбор сетевого оборудования

2.2.1 Платы сетевого адаптера

2.2.2 Сетевые серверы

2.2.3 Анализ источников бесперебойного питания

2.2.4 Концентраторы

2.3 Обзор операционных систем

2.3.1 Unix/Linux

2.3.2Windows NT 4

2.3.3 NetWare

Выводы

3. Обоснование выбора аппаратно-программной платформы

3.1 Обоснование выбора среды передачи

3.2 Обоснование выбора сетевого оборудования

3.3 Обоснование выбора операционной системы

Выводы

4. Проектирование ЛВС Ethernet

4.1 Проектирование структурированной кабельной системы

4.1.1 Принцип построения СКС

4.1.2 Анализ кабельной системы

4.1.3 Расчет длины кабеля

4.2 Установка активного оборудования

4.3 Расчет потребляемой мощности источника бесперебойного питания

5. Анализ характеристик ЛВС Ethernet

6. Технико-экономическое обоснование проекта

6.1 Характеристика проекта

6.2 Сетевое планирование при проектировании локальной сети

6.3 Расчёт сметы затрат

7. Охрана труда и экологическая безопасность

7.1 Основные требования к освещению с учётом труда

7.2 Обоснование организации освещения и нормативного уровня освещённости рабочего места

7.3 Средства и способы обеспечения требуемой освещённости и равномерности светораспределения

7.4 Расчёт освещения рабочего места

Заключение

Литература

Введение

В наше время в условиях быстрого развития информационно-вычислительной техники информация выступает как один из важнейших товаров. Успех коммерческой и предпринимательской деятельности связан с банковскими, муниципальными, банковскими информационными системами, работа которых базируется на локальных вычислительных сетях (ЛВС).

Прошедшее десятилетие характеризовалось бурным развитием сетевых систем. Сети предоставляют самый эффективный в ценовом отношении способ использования компьютерной техники - коллективный. Соединив благодаря сравнительно небольшим затратам кабелями имеющиеся серверы, компьютеры, принтеры, модемы, вы получаете возможность сократить простой дорогого оборудования до минимума, сэкономив существенные суммы на его закупке и обслуживании.

В своей первоначальной форме локальные сети (Local Area Network – LAN) представляли собой не что иное, как коаксиальный кабель, соединяющий серверы с настольными терминалами, пользователи которых работали исключительно с текстовой информацией, отображаемой на монохромном мониторе с низкой разрешающей способностью.

В середине 90-х годов сети архитектуры Ethernet и Token Ring достигли пика своего развития. Однако, в отличии от первого поколения локальных сетей, кризис производительности возник отнюдь не из-за недостаточной пропускной способности. В сетях Ethernet, в частности, пропускная способность вообще не является проблемой. Напротив снижение эффективности функционирования было обусловлено другими причинами:

- жёстокой конкуренцией за доступ к локальной сети;

- насыщенностью доступной полосы пропускания не обязательными служебными сообщениями.

Принципиально новые типы программного обеспечения так же внесли свою лепту в раскрытие недостатков существующих сетей. Требования программного обеспечения к производительности сетей отличались от тех параметров, которые были в состоянии предоставить сети.

В настоящее время LANs превратились в локальные сети с пропускной способностью и производительностью, достаточной для традиционных форм обработки данных (например, электронной почты) и даже для таких требовательных к производительности процессора и сети клиент – приложение, как интерактивные голосовые и видеоконференции в реальном масштабе времени.

Сегодня сетевые технологии охватывают все вопросы, касающиеся совместного использования данных, программного обеспечения и компьютерной периферии, включая принтеры, модемы, многофункциональные копировальные и факсовые машины, накопители на компакт-дисках, стримеры, винчестеры и другое оборудование для хранения данных, средства доступа к Internet.

Относительно небольшая сложность и стоимость ЛВС, использующих в основном ПК, обеспечивают широкое применение сетей в автоматизации коммерческой, банковской и другой деятельности.

Всё это делает тему дипломного проекта очень актуальной в наше время.

Целью данного проекта является проектирование локальной сети для рабочих мест офиса на базе протокола Ethernet. Данная сеть должна обеспечивать подключение 48 компьютеров с учётом роста сети до 30% от существующего парка ПК(до 62 компьютеров), взаимодействие с ЛВС Token Ring. Сеть должна обеспечивать обмен между пользователями текстовой, графической информации а так же работу и использование некоторых мультимедийных приложений. Кроме этого сеть должна обеспечивать достаточную степень конфиденциальности и сохранности информации, защиту от несанкционированного доступа.

Локальную сеть необходимо спроектировать в двухэтажном здании с заданным расположением рабочих мест.

Для решения поставленной задачи необходимо было изучить структуру существующих сетей, общие принципы их построения, выбрать необходимое активное оборудование, спроектировать структурированную кабельную систему.

В первом разделе были рассмотрены основные типы сетей, существующие топологии построения сетей, дан краткий обзор ЛВС на базе протокола Ethernet 10BaseT и рассмотрены особенности работы этой сети.

Во втором разделе был дан обзор сетевых кабелей и основных компонент кабельной системы, активного сетевого оборудования не и сетевой операционной системы.

В третьем разделе был сделан выбор среды передачи, активного сетевого оборудования, сетевой операционной системы и дано обоснование данного выбора.

В четвёртом разделе была спроектирована структурированная кабельная система, рассчитана длина кабеля, мощность ИБП.

В пятом разделе произведён анализ характеристик локальной сети на базе протокола Ethernet.

В шестом разделе дано технико-экономическое обоснование проекта, произведено сетевое планирование при проектировании ЛВС Ethernet, приведён расчет сметы затрат.

В седьмом разделе, посвящённом охране труда и экологической безопасности, описываются требования к освещённости рабочих мест, и производится расчёт освещённости рабочего места оператора.

Таким образом в соответствии с поставленными задачами была спроектирована ЛВС Ethernet.

1. Концепция построения, назначение и типы сетей

1.1 Архитектура локальной сети Ethernet

Ethernet – самая популярная из используемых сегодня физическая архитектура сети. Созданная в 60-х годах в Гавайском университете как сеть ALOHA, она стала первой пакетной радиосетью, в которой используется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).

В 1972 г. Роберт Меткалф и Девид Боффс реализовали в Xerox PARC сетевую архитектуру с кабельной системой и схемой передачи сигналов, а в 1975 г. они выпустили первый продукт Ethernet. Эта оригинальная сеть позволяла соединить более 100 компьютеров в сети со скоростью передачи данных менее 3 Мбит/с на расстоянии от одного километра.

На основе оригинальной спецификации компания Xerox, Intel и Digital создали расширенную спецификацию сети, позволяющую передавать данные со скоростью 10 Мбит/с. Данная спецификация стала основой для более позднего стандарта IEEE 802.3. В 1990 г. комитет IEEE 802.3 выпустил спецификацию для Ethernet, функционирующую на кабеле «витая пара».

Ethernet имеет шинную или звездообразную топологию, в которой используется передача сигнала в основной полосе частот и метод арбитража доступа к сети CSMA/CD. Среда передачи данных Ethernet пассивна, т.е.передачей сигналов по сети управляют компьютеры.

Ethernet осуществляет арбитраж доступа к сети по методу множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Это означает что в каждый момент времени сеть может использовать только одна рабочая станция. CSMA/CD функционирует аналогично старым телефонным системам применявшимся в сельских районах. При необходимости поговорить по телефону нужно было снять трубку и послушать, не использует ли кто-нибудь линию. Если линия уже занята, то нельзя было уже набрать номер или разговаривать. Приходилось просто вешать трубку и ждать, а затем снова слушать, свободна ли линия. Когда два человека одновременно набирали номер, то возникал «конфликт», и им приходилось вешать трубки и пробовать снова. Первый из них, захвативший свободную линию, получал доступ и мог позвонить.

В Ethernet рабочие станции посылают сигналы (пакеты) по сети. При возникновении конфликта они они прекращают передачу, ждут в течении случайного периода времени, а затем повторяют её. Используя подобные правила, рабочие станции должны конкурировать между собой за возможность передать информацию по сети. По этой причине Ethernet называется системой с конкуренцией за захват линии. Большинство сетей Ethernet работает со скоростью 10 Мбит/с.

Кадр Ethernet IEEE 802.3

Комитет 802ю3 определил стандартный базис для всех типов кадров Ethernet. Минимальная длина кадра составляет 24 октета, максимальная ограничена 1500 октетами, включая полезные данные и заголовки. Для идентификации получателя и отправителя каждого пакета используются заголовки. Единственное ограничение идентификации – каждый адрес должен быть уникальным и состоять из шести октетов.

Первые 12 октетов каждого пакета отводятся под целевой адрес длиной 6 октетов (адрес предполагаемого получателя) и исходный адрес (адрес отправителя). Данные адреса являются кодами адресов аппаратного уровня и часто упоминаются как МАС-адреса. В качестве МАС-адреса может выступать либо уникальный «универсально настраиваемый адрес», который автоматически присваивается всем сетевым адаптерам Ethernet во время их изготовления, либо заданный при установке адрес. Автоматически присваиваемый МАС-адрес состоит из шести двузначных шестнадцатеричных чисел, разделённых двоеточием, например, 99:02:11:D1:8F:19. Первые две пары чисел являются идентификационным номером изготовителя. Каждый изготовитель сетевых адаптеров должен быть лицензирован IEEE и получить уникальный идентификационный номер и диапазон МАС-адресов.

Настраиваемые адреса известны под названием «локально настраиваемых». Они предназначены для идентификации комнаты, отдела, владельца расширения голосовой почты и т.п. Использование локально-настраиваемых адресов может вооружить сетевого администратора чрезвычайно ценной при обнаружении неисправностей информацией. К сожалению, присвоение таких адресов может оказаться чрезвычайно сложной и длительной задачей.

Соответствующие стандарту 802 кадры могут содержать адрес единственного компьютера или ссылаться на группу рабочих станций с общей, определяемой характеристикой. Передача данных к группе машин называется многоадресной передачей.

В нормальных рабочих условиях сетевые карты Ethernet получают только те кадры, адрес получателя которых соответствует уникальному МАС-адресу карты или удовлетворяет критерию многоадресной передачи. Однако большинство сетевых адаптеров могут функционировать в режиме приёма всех сетевых пакетов, соответствующем приёму абсолютно всех пакетов локальной сети вне зависимости от адресов. Использование такого режима связано с возникновением опасности несанкционированного доступа со стороны другого пользователя локальной сети, а также с проблемой снижения производительности не только сети, но и самого компьютера.

Хотя большинство усовершенствований стандарта 802.3 по отношению к предыдущим версиям Ethernet коснулись собственного протокола, одно значительное усовершенствование было внесено и в структуру кадра 802.3. Комитету 802 был необходим самодостаточный стандарт, не зависящий от хорошего поведения других протоколов. Поэтому свойственное протоколам предыдущих версий Ethernet поле Type длиной в два октета было заменено на поле Length аналогичной длины.

Располагая заданной минимальной и максимальной длиной поля, определённой с помощью временного окна передачи сообщения в худшем случае, было необязательно определять размер кадра для клиентского протокола. Вместо этого рабочая группа 802.3 изменила назначение поля длиной в два октета, которое теперь явно определяло длину поля данных кадра, и возложила задачу идентификации протокола на LLC. Структура кадра проиллюстрирована на рис.1.1.

Рисунок 1.1. Кадр Ethernet стандарта IEEE 802.3

В кадре Ethernet стандарта IEEE 802.3 традиционное поле Type было заменено на поле Length. Вместо этого при необходимости идентификации типа протокола используется подкадр 802.2. Ещё одним усовершенствованием кадра 802.3 от предшественников является ограничение общего размера кадра в пределах от 64 до 1500 октетов, начиная от начала поля адреса получателя и до конца контрольной последовательности кадра.

Преамбула – это строка длиной в семь октетов, предшествующая каждому кадру и позволяющая синхронизировать передачу данных. Вслед за ней идёт ограничитель начала кадра (SFD). Само название этого октета говорит о его предназначении: он уведомляет о начале кадра все устройства локальной сети. За SFD следует повторяющаяся последовательность 1010101010.

SFD иногда рассматривается в качестве интегральной части преамбулы, а не части самого кадра, увеличивая тем самым размер преамбулы до восьми октетов.

Теперь рассмотрим предназначение контрольной последовательности кадра (FCS). Вычисленное значение присваивается этому полю компьютером, отсылающим кадр. Компьютер, получающий кадр, тоже знает способ вычисления значения и проверяет таким образом целостность пакета. Пакет может быть повреждён во время передачи из-за множества причин. Электромагнитные излучения, перекрёстные помехи и т.п. могут повредить пакет, не повлияв, однако, на его доставку по корректному адресу.

После получения пакета поле FCS проверяется на целостность с помощью методики циклического контроля избыточности (CRC). Принявший пакет компьютер выполняет те же вычисления, что и отославший пакет компьютер, и сравнивает полученное значение с прочитанным из поля FCS. Если значения совпали, можно быть уверенным, что прибыли корректные данные. В противном случае посылается запрос на повторную трансляцию пакета.

Ethernet 10 Мбит/с

В Ethernet применяются многие типы кабеля. В различных типах Ethernet применяются разные характеристики передачи сигналов, но во всех используется одна и та же спецификация кадров Ethernet, скорость 10 Мбит/с и арбитраж доступа CSMA/CD. Вот четыре наиболее распространённых типа кабельных систем Ethernet 10 Мбит/с:

- 10 Base 5 или толстая Ethernet с толстым коаксиальным кабелем

- 10 Base 2 или тонкая Ethernet с тонким коаксиальным кабелем

- 10 Base T, где применяется кабель типа «неэкранированная витая пара»

- 10 Base FL, в которой используется одно- или многомодовый волоконно-оптический кабель

Ethernet 100 Мбит/с

Для некоторых приложений скорости передачи 10 Мбит/с недостаточно. Существуют два конкурирующих стандарта, позволяющих увеличить традиционную производительность до 100 Мбит/с:

- 100 VG – AnyLAN

- Ethernet 100 Base T или Fast Ethernet

При проектировании ЛВС для рабочих мест офиса на базе протокола Ethernet будет использоваться тип кабельной системы 10 Base T, который является наиболее оптимальным для небольших предприятий.

1.2 Два типа сетей

Все сети имеют некоторые общие компоненты, функции характеристики. В их числе:

- серверы – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

- клиенты – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемым серверами;

- среда передачи – способ соединения компьютеров;

- совместно используемые данные – файлы, предоставляемые серверами по сети;

- совместно используемые периферийные устройства, например принтеры, библиотеки CD-ROM и т.д., - ресурсы, предоставляемые серверами;

- ресурсы – файлы, периферийные устройства и другие элементы, используемые в сети.

Несмотря на отмеченное сходство, сети разделяются на два типа:

- одноранговые;

- на основе сервера.

Различия между одноранговыми сетями и сетями на основе сервера принципиальны, поскольку предопределяют разные возможности этих сетей. Выбор типа сети зависит от многих факторов:

- размера предприятия;

- необходимой степени безопасности;

- вида бизнеса;

- доступности административной поддержки;

- объёма сетевого трафика;

- потребностей сетевых пользователей;

- уровня финансирования.

1.2.1 Одноранговые сети

В одноранговой сети (рис. 1.2) все компьютеры равноправны: нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного сервера. Обычно каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за всю сеть. Пользователи сами решают, какие данные на своём компьютере сделать доступными по сети.

Одноранговые сети чаще всего объединяют не более 10 компьютеров. Отсюда их другое название – рабочая группа, т.е. небольшой коллектив пользователей.

Рисунок 1.2. Одноранговая сеть.

Одноранговые сети относительно просты. Этим обычно и объясняется меньшая стоимость одноранговых сетей по сравнению со стоимостью сетей на основе сервера.

Одноранговая сеть вполне подходит там, где:

- количество пользователей не превышает 10 человек;

- пользователи расположены компактно;

- вопросы защиты данных не критичны;

- в обозримом будущем не ожидается значительного расширения фирмы и, следовательно, сети.

Если эти условия выполняются, выбор одноранговой сети будет скорее всего правильным.

1.2.2 Сети на основе сервера

Если к одноранговой сети, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, подключить более 10 пользователей, она может не справиться с объёмом возложенных на неё задач. Поэтому большинство сетей имеют другую конфигурацию – они работают на основе выделенного сервера (рис. 1.3). Выделенным сервером называется такой сервер, который функционирует только как сервер и не используется в качестве клиента или рабочей станции. Он оптимизирован для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для повышения защищённости файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом.

Рисунок 1.3. Сеть на основе сервера.

При увеличении размера сети и объёмов сетевого графика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач среди нескольких серверов гарантирует, что каждая задача будет выполняться наиболее эффективно.

Основным аргументом, определяющим выбор сети на основе сервера, является, как правило, надёжность защиты данных. В таких сетях, как Windows NT, проблемами безопасности может заниматься один администратор: он формирует единую политику безопасности и применяет её в отношении каждого сетевого пользователя.

Сети на основе сервера способны поддерживать тысячи пользователей. Сетями такого размера, будь они одноранговыми, управлять было бы невозможно.

1.3 Обзор топологии сетей

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической компоновки употребляют также следующее:

- физическое расположение;

- компоновка;

- диаграмма;

- карта.

Топология сети обуславливает её характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

- на состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Разные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.

Все сети строятся на основе трёх базовых топологий:

- шина;

- звезда;

- кольцо.

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология называется кольца.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

1.3.1 Шина

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной». Данная топология относится к наиболее простым и широко распространённым топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети (рис. 1.4).

Рисунок 1.4. Простая сеть с топологией «шина»

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Что бы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, необходимо уяснить следующие понятия:

- передача сигнала;

- отражение сигнала;

- терминатор.

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах (рис.1.5). Причём в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Рисунок 1.5. Данные посылаются всем компьютерам, но принимает их только адресат

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, её производительность зависит от количества компьютеров, подключённых к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

- характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

- частота, с которой компьютеры передают данные;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип сетевого кабеля;

- расстояние между компьютерами в сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе стальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы, поглощающие эти сигналы.

Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например, к компьютеру или к баррел-коннектору – для увеличения длины кабеля. К любому свободному – не подключённому – концу кабеля должен быть подсоединён терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает».

Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Увеличение участка, охватываемого сетью, вызывает необходимость её расширения. В сети с топологией «шина» кабель обычно удлиняется двумя способами.

1. Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором. Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает. Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве «стыковок» нередко происходит искажение сигнала.

2. Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер. В отличие от коннектора, он усиливает сигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений.

1.3.2 Звезда

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (рис. 1.6). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

Рисунок 1.6. Простая сеть с топологией «звезда"

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети.

А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

1.3.3 Кольцо

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор (рис. 1.7). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Рисунок 1.7. Простая сеть с топологией «кольцо»

Передача маркера

Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передаётся до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных.

После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в секунду.

1.3.4 Комбинированные топологии

В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца.

Звезда-шина

Звезда-шина – это комбинация топологий «шина» и «звезда». Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины (рис.1.8).

В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечёт за собой остановку подключённых к нему компьютеров и концентраторов.

Рисунок 1.8. Сеть с топологией «звезда-шина»

Звезда-кольцо

Звезда-кольцо кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду (рис.1.9).

Рисунок 1.9. Сеть с топологией «звезда-кольцо»

Выводы

В этом разделе были рассмотрены основные концепции построения, назначение и типы сетей, архитектура ЛВС Ethernet. На основании этого можно сделать следующие выводы:

- сеть Ethernet является одной из наиболее популярных современных локальных сетей и отвечает всем предъявляемым требованиям;

- сеть Ethernet использует топологию «звезда-шина», что позволяет ей без особых трудностей изменять, расширять и модернизировать сеть с минимальными трудовыми и денежными затратами;

- ЛВС Ethernet имеет высокую пропускную способность, что позволяет работать с современными мультимедийными приложениями.

2. Обзор и анализ сетевого оборудования и операционных систем

2.1 Обзор сетевых кабелей и компонентов кабельной системы

Для локальных сетей существует три принципиальные схемы соединения: с помощью витой пары, коаксиального или волоконно-оптического кабеля. Для передачи информации так же могут использоваться спутники, лазеры, микроволновое излучение и т.п., но подобная экзотика выходит за область рассмотрения этого курсового проекта.

2.1.1 Витая пара

Витая пара в настоящее время является самой распространённой средой передачи и представляет собой пару свитых проводов. Кабель, составленный из нескольких витых пар, как правило, покрыт жёсткой пластиковой оболочкой, предохраняющей его от воздействия внешней среды и механических повреждений. Схема витой пары представлена на рис. 2.1 .

Рисунок 2.1. Кабель из витых пар

В нормальных условиях витая пара поддерживает скорость передачи данных от 10 до 100 Мбит/с. Однако ряд факторов может существенно снизить скорость передачи данных, в частности, потеря данных, перекрёстное соединение и влияние электромагнитного излучения.

Для уменьшения влияния электрических и магнитных полей применяется экранирование (кабель из витых пар покрывается фольгой или оплёткой). Но после экранирования витой пары в значительной степени увеличивается затухание сигнала. Под затуханием сигнала подразумевается его ослабление при передаче из одной точки сети в другую. Экранирование изменяет сопротивление, индуктивность и ёмкость таким образом, что линия становится склонной к потере данных. Подобные потери могут сделать витую пару нежелательной и ненадёжной средой передачи. И экранированная, и неэкранированная витая пара используется для передачи данных на несколько сотен метров.

В соответствии со спецификациями ассоциации электронной и телекоммуникационной промышленности вводится пять стандартных категорий кабеля из витых пар. При определении категорий кабеля используется только неэкранированная витая пара (UTP).

- Кабель первой категории используется для передачи голосовых данных. С начала 80-х годов кабель САТ 1 используется в основном в качестве проводки телефонных линий. Кабель первой категории не сертифицирован для передачи данных любого типа и в большинстве случаев не рассматривается как среда для передачи цифровых данных.

- Кабель второй категории используется для передачи информации со скоростью не более 4 Мбит/с. Этот тип проводки характерен для сетей устаревшей сетевой топологии, использующих протокол с передачей маркера. Кабель тактируется частотой 1 Мгц.

- Кабель третьей категории в основном используется в локальных сетях с устаревшей архитектурой Ethernet 10base-T и сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16 Мбит/с. Кабель тактируется частотой 16 МГц.

- Кабель четвёртой категории используется в качестве среды соединения сетей с кольцевой архитектурой или архитектурой 10base-T/100base-T. Кабель САТ 4 сертифицирован для передачи данных со скоростью до 16Мбит/с и состоит из четырёх витых пар. Тактируется частотой 20 МГц.

- Кабель пятой категории является самой распространённой средой передачи для Ethernet. Кабель поддерживает скорость передачи данных до 100Мбит/с и используется в сетях с архитектурой 100base-T и 10base-T. Кабель тактируется частотой 100 МГц.

2.1.2 Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель является широко распространённой и достаточно удобной средой передачи данных. Такое название кабель получил вследствие того, что состоит из двух проводников. Один проводник (цельная или витая жила) экранируется вторым, который тоже может быть сплошным или переплетённым. Проводники, как правило, разделены слоем диэлектрического материала. Сам кабель покрыт пластиковой оболочкой. Коаксиальный кабель лучше защищён от помех и позволяет увеличить длину сегмента сети. Использующие коаксиальный кабель сети стандартов 10base-2 – приблизительно 180 м. На рис. 2.2 и 2.3 показан коаксиальный кабель в разрезе.

Рисунок 2.2. Сечение коаксиального кабеля.

Рисунок 2.3. Продольный разрез коаксиального кабеля.

С увеличением диаметра коаксиального кабеля пропускная способность повышается. Однако одновременно с этим увеличиваются затраты на выполнение проводки из такого кабеля, поскольку необходимо использовать специальные инструменты. Характерные свойства коаксиального кабеля:

- Он менее подвержен влиянию шума по сравнению с витой парой.

- Кабель состоит из двух концентрических проводников, разделённых слоем диэлектрического материала.

- Импеданс коаксиального кабеля может быть равен 75 Ом (кабель толщиной ½ дюйма) или 50 Ом (кабель толщиной 3/8 дюйма).

2.1.3 Волоконно-оптический кабель

Это тонкая и гибкая среда, позволяющая передавать данные в виде световых волн по стеклянному «проводнику» или кабелю. Волоконно-оптические линии связи используются на расстояниях свыше одного километра. Характерной их особенностью является высокая защищённость от несанкционированного подключения (что не удивительно, поскольку для передачи данных не используются электрические сигналы). Существует две разновидности кабеля: одномодовый и многомодовый.

Устройство волоконно-оптического кабеля

Коаксиальный и волоконно-оптический кабель устроены почти одинаково. Сердечник последнего состоит из сплетения тонких стеклянных волокон и заключён в пластиковую оболочку, отражающую свет обратно к сердечнику. Плакирование покрыто концентрическим защитным слоем пластика. На рис. 2.4 показано устройство волоконно-оптического кабеля.

Рисунок 2.4. Волоконно-оптический кабель

Все данные в компьютере представляются с помощью нулей и единиц. Все стандартные кабели передают бинарные данные с помощью электрических импульсов. И только волоконно-оптический кабель, используя тот же принцип, передаёт данные с помощью световых импульсов. Источник света посылает данные по волоконно-оптическому «каналу», а принимающая сторона должна преобразовать полученные данные в необходимый формат (см. рис. 2.5).

Одномодовый и многомодовый кабель

В относительно тонком волоконно-оптическом канале свет будет распространяться вдоль продольной оси канала. В учебниках физики этот эффект упоминается в следующей формулировке – «импульсы света распространяются в осевом (аксиальном) направлении». Именно это и происходит в одномодовом кабеле (см. рис. 2.6).

Однако преимущества этого типа передачи ограничены. С целью устранения подобных ограничений стали выпускать подобный кабель. Но тут возникла другая проблема – лучи света имеют свойство входить в канал под различными углами волны проходят различное расстояние и прибывают к получателю в разное время. Этот эффект, проиллюстрированный на рис. 2.7, получил название модальной дисперсии.

Источник света Волоконно-оптический кабель Приёмник 1

Рисунок 2.5. Принцип работы волоконно-оптического кабеля.

Оболочка Плакирование

Рисунок 2.6. В тонком кабеле свет распространяется по одномодовому пути

Оболочка Плакирование

Аксиальный луч

Рисунок 2.7. В толстом кабеле неаксиальные лучи подвержены модальной дисперсии

Чем больше количество мод света в канале, тем уже полоса пропускания. В дополнение к тому, что различные импульсы достигают получателя практически одновременно, усиление дисперсии приводит к наложению импульсов и введению получателя в «заблуждение». В результате снижается общая пропускная способность. Одномодовый кабель передаёт только одну моду световых импульсов. Скорость передачи данных при этом достигает десятков гигабит в секунду. Одномодовый кабель в состоянии поддерживать несколько гигабитных каналов одновременно, используя для этого световые волны разной длины. Следовательно, пропускная способность многомодового волоконно-оптического кабеля ниже, чем у одномодового.

Простейший способ уменьшения дисперсии – нивелирование волоконно-оптического кабеля. В результате лучи света синхронизируются таким образом, что дисперсия на стороне приёмника уменьшается. Дисперсия также может быть уменьшена путем ограничения количества длин световых волн. Оба метода позволяют в некоторой степени уменьшить дисперсию, но не в состоянии привести скорость передачи данных в соответствие с одномодовым волоконно-оптическим кабелем.

В США широко используется многомодовый волоконно-оптический кабель 62.5/125. Обозначение «62.5» соответствует диаметру сердечника, а обозначение «125» – диаметру плакирования (все величины приведены в микронах). Из одномодовых распространены кабели с маркировкой 5-10/125. Ширина полосы пропускания обычно приводится в МГц/км. Хорошей моделью взаимоотношений полосы пропускания и дальности передачи служит резиновый жгут – с увеличением расстояния полоса пропускания сужается (и наоборот). В случае передачи данных на расстояние 100 метров полоса частот многомодового кабеля составляет 1600 Мгц при длине волны 850 нм. Аналогичная характеристика одномодового кабеля составляет приблизительно 888 ГГц.

Основные характеристики волоконно-оптического кабеля:

- Абсолютный иммунитет к электромагнитным излучениям.

- Возможна передача данных на расстояние до 10 км.

- В лабораторных условиях реально достичь скорости передачи до 4 Гбит/с.

- В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер.

2.1.4 Обзор кабельных соединений и компоновки Ethernet

Существует четыре основные схемы кабельных соединений, используемых в среде Ethernet: толстая Ethernet, тонкая Ethernet, Ethernet на витой паре, волоконно-оптическая Ethernet. Различиями в их спецификации, компоновки и количестве узлов обусловлена разница производительности конкретных систем Ethernet.

Скорость передачи для всех типов Ethernet одинакова и составляет 10 Мбит/с. Схемой соединения для каждого типа может быть конфигурация либо в виде шины, либо в виде звезды.

Толстая Ethernet – 10Base5

- передача данных – 10 Мбит/с, однополосная;

- схема соединений – в виде шины;

- тип кабеля, используемого в среде толстой Ethernet, - как правило, широкий коаксиальный (диаметром 4 дюйма);

- максимальная длина сегмента - 500 м;

- сегменты кабеля толстой Ethernet должны иметь 50-омную оконечную нагрузку;

- для удлинения сегмента можно использовать повторители и другие устройства, также как кабельные концентраторы;

- рабочие станции и сетевые устройства подключаются к сети через внешние трансиверы, или MAU;

- для подключения трансивера к кабельной среде используется разъём типа отвод-вампир;

- к сегменту толстой Ethernet можно подключить до 100 рабочих станций или устройств LAN;

- система кабельных соединений толстой Ethernet обеспечивает более надёжную защиту от электрических помех.

Тонкая Ethernet

- передача данных – 10 Мбит/с, однополосная;

- схема соединений – в виде шины;

- тип кабеля, чаще всего используемый в этой среде, - RG58A;

- максимальная длина сегмента – 185 м;

- сегменты кабеля тонкой Ethernet должны иметь 50-омную оконечную нагрузку;

- для удлинения сегмента можно использовать повторители и другие устройства, также как кабельные концентраторы;

- рабочие станции и сетевые устройства подключаются к сети через внешние трансиверы, или MAU. Они могут быть внешними или внутренними по отношению к сетевым платам;

- для подключения трансивера к кабельной среде используется адаптер типа BNC-T;

- к одному сегменту тонкой Ethernet посредством трансиверов может подключаться не более 30 рабочих станций или сетевых устройств.

Ethernet на витой паре – 10Base-T

- передача данных – 10 Мбит/с, однополосная;

- схема соединений – в виде звезды;

- тип кабеля, чаще всего используемый в этой среде, - неэкранированная витая пара, уровни 3, 4 и 5;

- центральные кабельные концентраторы служат для подключения отдельных кабелей – отводов 10Base-T к рабочим станциям и устройствам локальной сети;

- максимальная длина сегмента на один UTP кабель-отвод Ethernet – 100 м. Эта величина может меняться в зависимости от изготовителя конкретного кабельного концентратора и сетевого адаптера;

- сетевые платы Ethernet, основанные на UTP, обычно поставляются с внутренними UTP-трансиверами. В случае отсутствия внутренних UTP-трансиверов можно подобрать соответствующее внешнее устройство, с помощью которого стандартные платы для толстой и тонкой Ethernet смогут работать в схеме UTP;

- в качестве разъёма сетевой платы обычно используется модульное гнездо RJ45 с положительными и отрицательными парами приёма и передачи, основанными на 8-игольчатых соединениях;

- кабельные соединения UTP легко монтировать и обслуживать, их относительная стоимость невысока. Они восприимчивы к электрическим помехам и должны монтироваться в соответствии со спецификацией.

Волоконно-оптическая Ethernet 10Base-F

- передача данных – 10 Мбит/с, однополосная;

- схема соединений – в виде звезды;

- обычно используется 50- или 100-микронный волоконно-оптический кабель;

- для подключения отдельных кабелей-отводов 10Base-F к рабочим станциям и устройствам локальной сети используются центральные волоконно-оптические кабельные концентраторы или многопортовые повторители;

- максимальная длина сегмента на один волоконно-оптический кабель-отвод Ethernet - до 2100 м;

- волоконно-оптический кабель обеспечивает максимальную защиту от помех со стороны источников электроэнергии.

Кабельные разъёмы Ethernet.

В зависимости от типа Ethernet, для соединения с сетевыми платами, трансиверами, повторителями и концентраторами используются различные типы кабельных разъёмов.

Все устройства, предназначенные для работы с толстой Ethernet, снабжены 15-игольчатым AUI- или DIX-разъёмом. Рабочая станция или другое устройство подключается к трансиверу Ethernet посредством кабеля интерфейса подключения устройства, соединяющего DIX-разъём на сетевой плате Ethernet с DIX-разъёмом на трансивере. Трансивер, в свою очередь, подключается к коаксиальному кабелю Ethernet либо с помощью разъёмов, либо с помощью отвода-вампира, который вгрызается непосредственно в кабель. Для соединения двух коаксиальных кабелей используется целый ряд разъёмов коаксиальных кабелей.

Для подключения кабелей Ethernet непосредственно к разъёму на рабочей станции или другому устройству в среде тонкой Ethernet служит Т-образный разъём BNC. Надо отметить, что разъём часто является источником различных проблем с тем или иным кабельным сегментом в среде тонкой Ethernet. Чтобы избежать их, необходимо проверить, правильно ли он подсоединён к коаксиальному кабелю.

Ethernet 10 Base-T используется для соединений между сетевыми платами 10Base-T и интеллектуальными кабельными концентраторами, базирующимися на UTP Ethernet, стандартный разъём телефонного типа RJ45.

На обычном кабельном концентраторе довольно часто встречаются различные разъёмы типа Ethernet для организации соединений между разнотипными сетями. Например, на задней панели обычного кабельного концентратора 10 Base-T очень часто можно увидеть DIX-разъём для подключения AUI толстой Ethernet, а также BNC-разъём для подключения стандартной толстой Ethernet. Это позволяет интегрировать системы различных типов Ethernet с целью организации их совместной работы. На одной плате Ethernet очень часто размещаются разъёмы BNC, RJ45 и AUI.

Рисунок 2.8. Основные разъёмы для различных сред Ethernet

На рис. 2.8 показаны основные виды разъёмов, встречающихся в системах различных типов Ethernet, в том числе DIX-разъём толстой Ethernet, разъём тонкой Ethernet и разъём RJ45 10Base-T, для UTP.

2.2 Анализ и выбор сетевого оборудования

При проектировании локальной сети Ethernet будет использовано следующее оборудование:

- платы сетевого адаптера;

- активные концентраторы;

- сервер;

- источник бесперебойного питания;

- мост.

2.2.1 Платы сетевого адаптера

Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса между ПК и средой передачи. Платы вставляются в ISA и PCI слоты расширения всех сетевых ПК и серверов.

Чтобы обеспечить физическое соединение между ПК и сетью, к соответствуюшему разъёму, или порту, платы подключается сетевой кабель.

Платы сетевых адаптеров предназначены для :

- подготовки данных, поступающих от ПК, к передаче по сетевому кабелю;

- передачи данных к другим ПК;

- управления потоками данных между ПК и кабелем.

Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ. Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управления доступом к среде канального уровня OSI.

Перед тем как послать данные в сеть, плата сетевого адаптера должна перевести их из формы, понятной ПК, в форму в которой они могут передаваться по сетевому кабелю.

Плата сетевого адаптера принимает параллельные данные и организует их для последовательной, побитовой передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных ПК в электрические и оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Отвечает за эти преобразования трансивер (приёмопередатчик).

Плата сетевого адаптера, помимо преобразования данных, должна указать своё местонахождение, или адрес, - чтобы её могли отличить от остальных плат. Для этого на плате сетевого адаптера существуют переключатели, которыми устанавливается номер (адрес) ПК.

Основными элементами сетевых адаптеров являются:

- приёмопередатчик (трансивер);

- сетевой контроллер;

- память микропрограмм;

- оперативная память.

Сетевые адаптеры Ethernet бывают двух типов: со скоростью передачи 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Они известны высокой надёжностью, а возникающие проблемы с кабелем и адаптерами легко поддаются диагностике.

2.2.2 Сетевые серверы

Под сервером понимается компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим компьютерам. Сервер осуществляет обработку и хранение основной информации, находящейся в компьютерной сети. В связи с разнообразием используемой информации и видов её обработки существуют различные типы серверов, наиболее распространённым из которых является файловый сервер.

Под файловым сервером понимается компьютер, подключённый к сети используемый для хранения файлов данных к которым обращаются рабочие станции. С точки зрения пользователя файловый сервер рассматривается как центральный архив, в котором хранится общая ля всех рабочих станций информация. Централизованное хранение данных позволяет более эффективно осуществлять контроль над данными, а также доступ к ним со стороны пользователей.

В более сложных компьютерных сетях кроме файлового сервера могут присутствовать и другие виды серверов, например: сервер печати, сервер базы данных, Web-сервер, почтовый сервер и др.

По составу оборудования серверы мало чем отличаются от рабочих станций, однако к самому оборудованию предъявляются более высокие требования. Это связано с тем, что файловый сервер должен достаточно быстро обрабатывать множество запросов от всех рабочих станций. С увеличением числа рабочих станций и сложности решаемых задач значительно возрастают требования к серверу по производительности, объёму памяти, надёжности. В табл 2.1 представлены минимальные требования к аппаратному обеспечению для сетевого сервера.

Таблица 2.1 Требования к аппаратному обеспечению для сетевого сервера

Для обеспечения требуемой производительности серверы оснащаются высокопроизводительными процессорами, например Pentium II с тактовой частотой 266-450 МГц.

С целью повышения производительности в серверах широко используется кэш-память. Эта сверхбыстродействующая память предназначена для временного хранения команд и данных, к которым происходит наиболее частое обращение. Кэш-память использует специализированные быстродействующие микросхемы SRAM-памяти. Содержимое кэш-памяти постоянно меняется, т.е. информация, ряд технических решений. В первую очередь это касается к которой обращаются менее часто, заменяется на информацию к которой происходит наиболее частое обращение.

С целью повышения надёжности и отказоустойчивости в сетевых серверах применяется использования в качестве оперативной памяти, так называемой EDC-памяти, обеспечивающей в процессе чтения/записи обнаружение и исправление одиночных ошибок. В настоящее время это тип памяти переходит в стандартное оборудование сетевых серверов [3].

Для предотвращения потери информации при работе с жёсткими дисками в серверах используется система RAID – избыточные массивы недорогих дисков. Системы RAID включает набор жёстких дисков, при этом реализуются различные режимы одновременной записи одной и той же на несколько жёстких дисков. Это позволяет в случае сбоя жёсткого диска восстанавливать данные с резервной копии, находящейся на другом диске. Существует 5 уровней системы RAID, отличающихся способом организации дублирования информации и, соответственно, возможностью её восстановления.

Для обеспечения нормальной работы сети и предотвращения потери информации при внезапном отключении питания сервер должен быть снабжён источником бесперебойного питания (UPS).Источник бесперебойного питания использует аккумуляторную батарею для поддержания работоспособности сервера в течение времени, достаточного для сохранения данных и нормального завершения работы.

Сетевые серверы должны иметь возможность наращивать свои ресурсы. В связи с этим серверы проектируются с учётом возможности установки более мощных или дополнительных процессоров, оперативной памяти и жёстких дисков.

2.2.3 Анализ источников бесперебойного питания

Источники бесперебойного питания (ИБП) – это автоматический внешний источник энергии, который поддерживает работоспособность сервера или других устройств в случае сбоев электрической сети.

Системы бесперебойного питания используют способность ИБП взаимодействовать с операционными системами через специальный интерфейс. Стандартная система бесперебойного питания обеспечивает две важные для сети функции:

- питание сервера в течение некоторого времени;

- управление безопасным завершением работы системы.

Источником энергии обычно служат аккумуляторы. Система работает следующим образом. При нарушении питания ПБП извещает пользователей о сбое и предупреждает их о необходимости закончить работу. Затем, выждав определённый промежуток времени, ИБП организованно закрывает систему.

Качественная система бесперебойного питания, кроме того, способна предотвратить доступ к серверу новых пользователей, а также пошлёт администратору сети сообщение о сбое питания. Лучшие системы бесперебойного питания работают в интерактивном режиме. При сбое питания во внешней сети оно начинает поступать от ИБП. Процесс переключения на питание от батарей никоим образом не затрагивает пользователей.

Существуют также резервные системы бесперебойного питания, которые включаются при отсутствии энергии в основной сети. Они дешевле интерактивных систем, но не так надёжны [2].

При выборе ИБП необходимо учитывать потребляемую мощность оборудования, для которого необходима установка ИБП.

2.2.4 Концентраторы

В настоящее время одним из стандартных компонентов сетей становится концентратор. А в сетях с топологией «звезда» он служит центральным узлом (рис. 2.9).

Рисунок 2.9. Концентратор – центральный узел в сети с топологией «звезда»

Активные концентраторы

Среди концентраторов выделяются активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами – они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.

Пассивные концентраторы

Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.

Гибридные концентраторы

Гибридными называются концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов. Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы (рис. 2.10).

Рисунок 2.10. Гибридный концентратор

Использование концентраторов даёт ряд преимуществ. Разрыв кабеля в сети с обычной топологией «линейная шина» приведёт к «падению» всей сети. Между тем разрыв кабеля, подключённого к концентратору, нарушит работу только одного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.

К числу других преимуществ использования концентраторов относятся:

- простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить ещё один компьютер или концентратор;

- использование различных портов для подключения кабелей разных типов;

- централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Мост состоит из аппаратных и программных средств, необходимых для связывания в одну интерсеть двух отдельных ЛВС, или подсетей, расположенных в одном месте. Мост самого простого типа анализирует 48-битовое поле адреса пункта назначения пакета и сравнивает этот адрес с таблицей, в которой указаны адреса всех рабочих станций данного сегмента сети. Если адрес не соответствует ни одному из указанных в таблице, мост передаёт пакет в следующий сегмент. Эти простые мосты продолжают передавать пакеты, переход за переходом, до тех пор, пока они не достигнут сегмента сети, содержащей компьютер с указанным адресом пункта назначения. Мосты, участвующие в таком процессе анализа таблиц адресов и передачи пакетов, называются прозрачными мостами. Этот метод используется во всех Ethernet-мостах и в некоторых мостах в сетях Token Ring. Принцип работы моста такого типа показан на рис. 2.11.

Некоторые мосты создают собственные таблицы сетевых адресов. Такие мосты проверяют адрес отправителя и адрес получателя каждого пакета, передаваемого в те ЛВС, к которым они подключены. Затем они строят таблицы адресов, в которых перечисляются адреса отправителей пакетов их сети, имеющих соответствующий этой сети номер. После этого мосты сверяют адреса получателей пакетов с адресами отправителей. Обнаружив совпадение, мост фильтрует пакет и посылает его по сети дальше; станция-адресат распознает свой адрес и копирует этот пакет в свою память. Если совпадения нет, пакет продвигается, т.е. ему позволяется перемещаться через мост в следующий сегмент сети. Широковещательные и групповые пакеты продвигаются всегда, поскольку их поля адресов получателей никогда не используются как адреса отправителей.

Мосты «не понимают» протоколов более высокого уровня и не связаны с ними. Они функционируют на подуровне управления доступом к среде передачи (МАС) канального уровня модели OSI и отстоят далеко от протоколов верхних уровней типа XNS и TCP/IP. Если обе сети соответствуют станндартам управления логическим каналам IEEE 802.2, то мост может их связать независимо от различий в средах передачи и методах доступа. Как станет ясно из дальнейшего рассмотрения, это значит, что фирмы могут соединять мостами свои сети Ethernet, сети Token Ring и ЛВС стандарта 802.3, используя 100BaseX Ethernet на витых парах класса передачи данных, 100BaseТ Ethernet на неэкранированных витых парах или тонкий коаксиальный кабель.

2.3 Обзор операционных систем

2.3.1 Unix/Linux

Прародитель сетевых операционных систем UNIX, имеет несколько «потомков» и разновидностей, причём версии её продолжают модернизироваться и улучшаться по сей день. Основные разработчики, корпорации Digital Equipment, Hewlett-Packard и Sun Microsystems, предлагают специальные версии UNIX, работающие на выпускаемых этими компаниями рабочих станциях. Главный вопрос, достаточно продолжительное время связанный с UNIX, заключается в том, будет ли эта операционная система вытеснена операционными системами, работающими на персональных компьютерах. Microsoft и Intel прилагают титанические усилия, пытаясь стать монополистами, однако на рынке всегда найдётся место для производителей, которые в состоянии предложить конкурентоспособные продукты. Специалисты соглашаются с тем, что некоторые «разновидности» UNIX будут развиваться постоянно, что объясняется их тесной связью с Internet.

Операционные системы UNIX изначально задумывались и создавались для обеспечения живучести систем и поддержки сетевого оборудования. Эта причина позволила UNIX просуществовать многие годы в качестве единственно возможного решения. Поддержка многозадачности одновременно сделала UNIX потенциальным кандидатом для использования в скоростных сетях. Высокая производительность и мобильность лишь дополняют список причин. благодаря которым операционная система UNIX может быть использована на сложных рабочих станциях. Применение таким мощным вычислительным станциям можно найти во многих инженерных и научно-исследовательских работах.

Linux представляет собой версию UNIX, адаптированную для процессоров Intel. Большинство преимуществ UNIX при работе на таких платформах остаются незамеченными, поскольку процессоры Intel и их клоны постоянно улучшаются, а взглядыпользователей, как правило, прикованы к программным продуктам компании Microsoft, которые не уступают в эффективности UNIX и поразительно легки в использовании.

2.3.2 Windows NT 4

Windows NT можно рассматривать как потенциальную замену известной UNIX или же просто как очередную операционную систему Microsoft. Третья (и основная) версия операционной системы NT имеет разновидности для установки на рабочие станции и на серверы. Основное отличие заключается в использовании оболочки Windows 95. Рассматриваемая операционная система характеризуется и высшим уровнем стабильности работы. Основное внимание разработчики уделили улучшению поддержки внешних устройств и расширению возможности работы с Internet.

Хотя компания Microsoft имела достаточно времени на выпуск новой версии Windows, ей не удалось сделать должный акцент на возможностях работы с Internet и интрасетью. Надеемся, что положение будет исправлено в обновлённых версиях NT.

Windows NT 4 – это сетевая операционная система, предлагающая практически такие же функциональные возможности, что и операционные системы UNIX. Поскольку она базируется на одной из основных операционных систем и действительно является многозадачной средой, NT 4 представляет собой очень эффиктивную платформу. Не следует забывать, что UNIX была разработана почти тридцать лет назад, в то время как NT находится в стадии становления. Этой операционной системе необходимо время на то, чтобы стать такой же сильной, как UNIX.

2.3.3 NetWare

Эта лидирующая на рынке сетевая операционная система в последнее время терпит значительные убытки от серъезного застоя. Занимая большой сегмент рынка сетевых операционных систем, компания Novell все же отстала от коньюктуры. Теперь, когда распроданы собственные программные продукты WordPerfect и Borland, взор компании вновь обращен на построение мощных сетевых операционных систем. Novell всегда предлагала прекрасное программное обеспечение, однако, как известно, именно конкуренция способствует созданию самого лучшего.

В отличие от предыдущих двух сетевых операционных систем, которые действительно являются операционными, для NetWare необходима базовая операционная система. Подобный выбор был сознательным решением компании и доказал непреодолимость этого препятствия для Novell.

Программные продукты компании Novell до сих пор достаточно широко представлены во всем мире и являются неотъемлимой частью сетевых сред. Хорошо настроена система подготовки технического персанала, который продолжает и будет продолжать поддерживать данные продукты.

Novell придется смириться с тем, что ее продукты будут считаться менее эффективными по сравнению с программным обеспечением компании Microsoft (или других компаний), поскольку Novell теряет свой сектор рынка. Эта компания все еще выпускает достаточно надежные средства, которые могут работать в течении многих лет. Их высокую производительность стоит рассматривать отдельно. В течении последних нескольких лет компания Novell пытается отреагировать на популярность интрасетей. Ее сетевая операционная система отлично подходит для создания такого рода среды и начинает проявлять себя на рынке. Появление и широкое распостронение броузеров также отразилось на стратегии компании, пытающейся отвоевать небольшой сектор рынка.

Выводы

В данном разделе был произведён обзор и анализ сетевого оборудования и операционных систем. На основании этого можно сделать следующие выводы:

- в сети Ethernet 10BaseT используется витая пара, являющаяся самой распространённой средой передачи в последнее время;

- при проектировании сети нет необходимости использовать повторители, т.к. они установлены прямо на сетевых адаптерах;

- для взаимодействия ЛВС Ethernet с ЛВС Token Ring используются мосты;

- для оптимизации работы сети необходимо установить сетевой сервер;

- для сервера необходимо установить операционную систему Windows NT, поскольку она является самой перспективной ОС;

- для защиты сетевого оборудования от перепадов напряжения необходимо использовать источник бесперебойного питания.

3. Обоснование выбора аппаратно-программной платформы

3.1 Обоснование выбора среды передачи

Для построения кабельной системы ЛВС необходимо выбрать среду передачи. При выборе типа кабеля необходимо учитывать следующие условия: тип ЛВС, размеры проектируемой ЛВС, скорость передачи в сети.

Выше были рассмотрены три типа кабелей: витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель. Применение коаксиального кабеля или волоконно-оптического кабеля нецелесообразно, т.к. волоконно-оптический кабель предназначен для передачи информации на большие расстояния. Он имеет высокую стоимость, и возникают сложности и дополнительные затраты при развёртывании. Коаксиальный кабель предназначен для передачи информации на короткие расстояния.

Учитывая вышесказанное можно сделать вывод что витая пара – единственно правильное решение. Данный тип кабеля обладает высокой скоростью передачи (до 100 Мбит/с), низкой стоимостью, а развёртывание не предоставляет трудностей. В ЛВС Ethernet 10BaseT используется витая пара. В данном дипломном проекте будет использована «неэкранированная витая пара» (UTP), т.к. при использовании экранированной витой пары в значительной степени увеличивается затухание и линия становится склонной к потере данных, а это не допустимо.

3.2 Обоснование выбора сетевого оборудования

Для построения ЛВС Ethernet необходимо выбрать следующее сетевое оборудование:

- концентраторы;

- сетевые адаптеры;

- сервер;

- мост, для обеспечения взаимодействия проектируемой сети Ethernet с сетью Token Ring.

При выборе концентратора необходимо учитывать следующие требования:

- обеспечение работы сети со скоростью 10 Мбит/с;

- использование в качестве среды передачи кабеля «неэкранированная витая пара» (UTP).

Учитывая вышеизложенные требования, в проектируемой ЛВС будет использоваться четыре 16-ти портовых концентратора Ethernet HUB 1016B, работающих со скоростью 10 Мбит/с и использующих в качестве среды передачи кабель UTP 5-й категории.

Для выполнения этих требований будут использованы концентраторы Ethernet NE 2000.

Для обеспечения взаимодействия сети Ethernet с сетью Token Ring будет использоваться мост Ethernet RS 232. Это автономное устройство, использующее маршрутизацию источника, способное работать на скорости 10 Мбит/с, располагающее собственными управляющими возможностями, что облегчает управление и контроль данного устройства.

В соответствии с требованиями, изложенными в табл. 2.1 на сети устанавливается сервер Compaq ProLiant 2000, который обладает следующими характеристиками:

- процессор Intel Pentium II 450 Мгц;

- видеоадаптер ASUS V3000 Riva 128;

- объём оперативной памяти 128 Мб;

- объём памяти жёсткого диска 4*4,3 Гб;

- 3,5” дисковод;

- CD-ROM.

3.3 Обоснование выбора операционной системы

В предыдущем разделе обсуждались три наиболее распространённые системы Microsoft Windows NT 4.0, Novell Net Ware и Unix/Linux. В данном дипломном проекте в качестве сетевой операционной системы будет использована ОС Windows NT 4.0. Основанием для выбора этой операционной системы послужило следующее. Эта версия была выпущена в конце 1996 года и сразу же стала пользоваться популярностью. Она объединяет в себе улучшенную интеграцию с Internet, повышенную производительность, отличную совместимость с другими операционными системами Microsoft.

Windows NT разрабатывалась как современная операционная система, которая должна была не только учитывать уроки, преподнесённые классическими системами, но и предоставить новые решения. Она достигает всех этих целей именно благодаря своей очень гибкой, стабильной и безопасной структуре [16].

Одним из основных преимуществ Windows NT считается абсолютная переносимость системы. Большая часть её кода написана на легко переносимом языке С. Специфические функции и вызовы аппаратных средств обрабатываются специальным уровнем абстракции аппаратных средств.

На современном неоднородном промышленном рынке высокий уровень совместимости с другими продуктами является одним из основных условий выживания сетевой операционной системы.

Для высокоэффективной работы в сети максимально оптимизирован и сетевой стек NT, поэтому при использовании высококачественного дорогого оборудования он может достигать уровня сетевой производительности рабочих станций с UNIX.

Важной особенностью современных операционных систем является возможность расширения или модернизации в соответствии с усовершенствованием технологии. Возможность дальнейшей модернизации NT обеспечивается благодаря её полной модульности. Отдельные компоненты могут быть переписаны или перестроены независимо от других, при этом основные функциональные возможности не пострадают. Рациональность такого гибкого подхода доказывается быстрым развитием возможностей и производительности NT на протяжении своего жизненного цикла.

До недавнего времени все сетевые операционные системы представляли собой приложения, загружаемые поверх автономной операционной системы. Важнейшее различие между сетевой операционной системой Windows NT и другими операционными системами как раз в том и состоит, что сетевые возможности встроены в саму Windows NT.

Исходя из вышеизложенного на сервере будет установлена сетевая операционная система Microsoft Windows NT Server.

Выводы

По данному разделу можно сформулировать следующие выводы:

- для построения кабельной системы ЛВС Ethernet 10BaseT используется кабель «неэкранированная витая пара»;

- в качестве концентраторов используются Ethernet HUB 1016B;

- используются сетевые адаптеры Ethernet NE 2000;

- для взаимодействия с сетью Token Ring используется мост Ethernet RS 232;

- на сети устанавливается сервер Compaq ProLiant 2000;

- в качестве сетевой операционной системы используется Windows NT 4,0.

4. Проектирование ЛВС Ethernet

4.1 Проектирование структурированной кабельной системы

4.1.1 Принцип построения СКС

При проектировании и монтаже структурированной кабельной системы (СКС) для рабочих мест офиса на базе протокола Ethernet учитываются рекомендации общепризнанных американских и международных стандартов в области строительства телекоммуникационных кабельных сетей таких как: EIA/TIA 568A, EIA/TIA/TSB 36, EIA/TIA/TSB 40, EIA/TIA 569, ISO/IEC 11801.

Кабельная система предприятия, построенная в соответствии с рекомендациями, указанных выше стандартов, позволяет работать активному сетевому оборудованию в полосе частот до 100 Мгц и поддерживать как существующие стандарты ЛВС Ethernet, Token Ring, 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet, TP-PMD, ISDN, ATM, так и те, которые могут возникнуть в будущем.

Локальная вычислительная сеть предприятия, описываемая в данном проекте, реализована на базе структурированной кабельной системы по топологии «звезда-шина» с одним распределительным узлом. СКС обеспечивает взаимодействие активного сетевого оборудования, установленного в распределительных шкафах и сетевых адаптеров рабочих станций на физическом уровне эталонных моделей взаимодействия открытых систем (OSI).

В состав кабельной системы входят следующие компоненты: коммутационные шнуры для подключения активного сетевого оборудования, коммутационные панели для механического переключения рабочих мест, горизонтальные абонентские кабели, проложенные к рабочим местам, модульные розетки на рабочих местах и коммутационные шнуры для подключения рабочих станций к розеткам.

Все перечисленные составляющие СКС как по отдельности, так и все вместе, в смонтированном виде, соответствует категории 5 (стандарт EIA/TIA 568A TSB-40).

Неудобства, связанные с применением традиционных технологий при построении неструктурированных кабельных систем общеизвестны: сложность и дороговизна внесения изменений, малая надёжность, высокая зависимость кабельной системы от применяемой сетевой технологии. Неструктурированная кабельная система строится быстрее, но её гораздо сложнее модернизировать. Такая проводка для локальных сетей сохраняется без переоборудования примерно 3-5 лет. В то же время структурированная система строится основательно, как всякое долговременное сооружение. В ней закладывается структурированная избыточность, предусматривающая дополнительные рабочие места, возможность перемещения оборудования и персонала. Избыточность СКС требует дополнительного количества кабеля, розеток, кросс-панелей, однако дополнительные капитальные затраты, необходимые для создания СКС, быстро окупаются в процессе эксплуатации сети. СКС обладает следующими преимуществами:

- максимальная гибкость в размещении соответствующего коммуникационного оборудования;

- возможность внедрять новые приложения и технологии, не заботясь об ограничениях, накладываемых традиционными неструктурированными кабельными системами;

- гарантированное соответствие всех её компонентов международным стандартам;

- возможность подключения различных видов оборудования с помощью универсальных розеток на рабочих местах;

- допускается управление и администрирование минимальным количеством обслуживающего персонала;

- использование единой кабельной проводки для передачи информации.

Кабельная система офиса, спроектированная в данном дипломном проекте, позволяет работать активному сетевому оборудованию в полосе частот до 100 Мгц и поддерживать как существующие стандарты ЛВС Token Ring, Ethernet, Fast Ethernet и др., так и те, которые могут возникнуть в будущем.

4.1.2 Анализ кабельной системы

Структурированная кабельная система будет реализована с использованием коммутационного оборудования и кабеля «неэкранированная витая пара» (UTP) 5-й категории. Общее количество рабочих мест – 48. Учитывая 30%-й запас на будущее число рабочих мест равно 62. На каждом рабочем месте установлена внешняя розетка с одним модулем RJ-45 5-й категории. К каждой компьютерной розетке от шкафа проложен 4-х парный кабель «неэкранированная витая пара» (UTP) 5-й категории. Всё активное и коммутационное оборудование сконцентрировано в шкафу 19” высотой 15U (1U=1Unit – высота единицы стандартного оборудования – 44,45 мм). Схема расположения и маркировки сетевого оборудования приведена на плакате.

По заданию дипломного проекта ЛВС Ethernet должна обеспечивать работу 48 рабочих мест. В СКС закладывается 30% структурной избыточности, предусматривающей дополнительные рабочие места. Следовательно общее количество рабочих мест будет равно 62. На каждом рабочем месте установлена внешняя розетка с одним модулем RJ-45 5-й категории. К каждой компьютерной розетке от шкафа проложен 4-х парный кабель «неэкранированная витая пара» (UTP) 5-й категории. Всё активное и коммутационное оборудование сконцентрировано в шкафу. Соединение линий горизонтальной проводки с портами активного сетевого оборудования осуществляется коммутационными шнурами длиной 1 м через коммутационные каналы 5-й категории.

Все порты панели будут маркированы и соответствуют номеру компьютерной розетки, что предоставляет обслуживающему персоналу возможность простой идентификации каждой абонентской линии .Маркировка кабеля выполняется в процессе монтажа на концах кабеля перед разделкой в коммутационной панели и в розетках на рабочих местах. Для подключения рабочих станций к розеткам используются коммутационные шнуры длиной 0,5м.

СКС предназначена для непрерывного функционирования в течение длительного времени. Началом эксплуатации СКС считается момент подключения к системе активного оборудования передачи данных.

Подключение активного оборудования не должно сопровождаться внесением каких-либо изменений в установленную СКС. Эти подключения должны выполняться отдельными коммутационными шнурами.

4.1.3 Расчет длины кабеля

На каждом рабочем месте устанавливается внешняя компьютерная розетка. Всего устанавливается 62 розетки. К каждой розетке от шкафа прокладывается кабель «неэкранированная витая пара» (UTP). Соединение горизонтальной проводки с портами активного сетевого оборудования осуществляется коммутационными шнурами длиной один метр.

Для подключения рабочих станций к розеткам используются коммутационные шнуры длиной три метра. Количество данных шнуров равно 62-ум. На рис. 4.4 изображена структурная схема сети.

Прокладка кабеля выполняется по периметру помещения в кабель-каналах. Кабель прокладывается на высоте не менее 0,5 м от пола. ЛВС размещается на двух этажах здания. Распределительный шкаф устанавливается на первом этаже. Для прокладки кабеля на второй этаж используется специальный люк.

План расположения компьютерных розеток, распределительного шкафа и кабельных трасс от шкафа к розеткам на этажах представлен на плакатах. Общая длина кабеля будет равна сумме длин кабеля от каждой розетки до шкафа. Расчет длины кабеля представлен в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Расчет длины кабеля

Из данного расчета следует, что длина кабельной системы сети Ethernet будет равна приблизительно 1462,5 метров.

Кабель UTP используемый в данной сети обладает низкой стоимостью, а развертывание данного кабеля не представляет трудностей. Это позволяет построить кабельную систему за достаточно короткий срок и за низкую цену.

4.2 Установка активного оборудования

В состав активного оборудования сети входят: платы сетевых адаптеров Ethernet, активные концентраторы, мост, сервер.

На каждом компьютере, подключаемом к сети, устанавливаются сетевые платы Ethernet NE 2000, а на файл-сервере будет установлена плата Ethernet. Для подключения 48 компьютеров и сервера потребуется 49 сетевых плат.

Ethernet HUB 1016B, мост и сервер Compaq ProLiant 2000 устанавливаются в распределительный шкаф.

Все данные устройства подключаются к ИБП, который также устанавливается в распределительный шкаф.

Высота единицы стандартного оборудования – 44,45 мм = 1U. Следовательно, распределительный шкаф устанавливается высотой 15U.

Расположение коммутационного оборудования, активного оборудования и ИБП в распределительном шкафу представлено на рисунке 4.5.

Расположение всего оборудования в едином распределительном шкафу позволяет упростить контроль и обслуживание оборудования.

4.3 Расчет потребляемой мощности источника бесперебойного питания

ЛВС офиса включает в себя компьютеры с платами сетевого адаптера, концентраторы, мост и сервер. Неполадки в системе силового питания в той или иной степени влияют на работу данных устройств сети. Поэтому для защиты сети от неполадок электропитания все эти устройства будут запитаны от ИБП. Используется централизованная система силового питания. Это значит, что все оборудование , участвующее в передачи данных, будет подключено к одному мощному источнику бесперебойного питания, который устанавливается в распределительном шкафу.

Будет использован ИБП типа on-line , обеспечивающий наивысшее качество выходного напряжения и защищающий аппаратуру от всех видов помех и неполадок.

Современные ПК потребляют в среднем 150-200 Вт, серверы от 300 до 500 Вт, концентраторы потребляют до 100 Вт. К сети требуется подключить, с учетом резерва, 62 ПК, один сервер, 4 концентратора и мост. Суммарная мощность ИБП, устанавливаемого в данной сети будет рассчитана по формуле

Р_ИБП =62*Р_пк +Р_сер. +4*Р_конц. +Р_моста .

Следовательно, ИБП должен обладать мощностью не менее

Р_ИБП »62*200+500+4*100+100»13400 Вт »14 кВт.

5. Анализ характеристик ЛВС Ethernet

Основные характеристики локальной сети Ethernet спроектированной в данном дипломном проекте представлены в табл. 5.1.

Одной из основных характеристик является производительность сети. Основным критерием при определении производительности сети является ее пропускная способность, т.е. средний поток данных, передаваемых через сеть и задержка вносимая в передачу данных пользователя.

Дополнительный параметр, который очень важен, когда поток данных содержит в основном только короткие кадры, - это количество кадров, передаваемых за единицу времени по сети.

Таблица 5.1 Основные характеристики ЛВС Ethernet

Лучший способ показать производительность – это описать отношение задержки, вносимой кадром, к средней пропускной способности.

Основанием для описания производительности, таким образом является то, что при увеличении загрузки сети пользователь должен ожидать больше времени для начала передачи своих данных. В результате этого увеличивается задержка при передаче данных.

Максимальная скорость передачи кадра в сетях Ethernet зависит от физической скорости передачи данных и от длины поля данных в каждом кадре. Максимальная скорость передачи пакетов получается тогда, когда постоянно передаются короткие кадры с минимумом информации.

В спроектированной ЛВС Ethernet имеется возможность работы со скоростью 10 Мбит/с. Данная сеть может объединить 1024 компьютера и предоставить выход на другую локальную сеть типа Token Ring.

6. Технико-экономическое обоснование проекта

6.1 Характеристика проекта

Для оперативного планирования и управления научными исследованиями и разработками успешно применяется система сетевого планирования (СПУ). Эффективность СПУ в последнее время значительно возросла благодаря широкому применению электронно-вычислительной техники в планировании и управлении.

Общей основой всех систем СПУ является использование всех сетевых моделей, в которых весь комплекс работ расчленяется на отдельные, чётко определённые звенья в их логической последовательности и взаимосвязи. СПУ – один из методов кибернетического подхода к управлению сложными динамическими системами с целью обеспечения минимальных показателей.

Весь комплекс работ по СПУ выполняется в следующей последовательности:

- расчленение комплекса работ по проекту на отдельные этапы и подэтапы, закрепляемые за ответственными исполнителями;

- выявление и описание каждым ответственным исполнителем всех событий и работ, необходимых для выполнения поставленной перед ним конечной цели;

- построение сети;

- определение времени выполнения каждой работы в сети;

- расчёты параметров сетевого графика;

- анализ сетевого графика и его оптимизация (в случае необходимости).

- Все расчёты и исходные данные для построения сетевого графика представлены в таблицах.

6.2 Сетевое планирование при проектировании локальной сети

В данном проекте применяются две вероятностные оценки продолжительности выполнения работ и сеть с такими оценками называется вероятностной.

Оптимистическая оценка (t_min ) – это минимальное необходимое время выполнения работы при наиболее благоприятном стечении обстоятельств.

Пессимистическая оценка (t_max ) – максимальное время, необходимое для выполнения работы при наиболее неблагоприятном стечении обстоятельств.

Величина t_ож представляет собой математическое ожидание или среднее статистическое значение двух оценок продолжительности работ и определяется по формуле 6.1.

t_ож=( 3*t_min +2*t_max) /5. (6.1)

Мерой неопределённости временных оценок вероятностных работ является дисперсия (С² _tож ), которая исчисляется по формуле 6.2.

C² _tож = ((t_max -t_min )/5)2. (6.2)

Найденные значения t_ож округляются до целых чисел. Величина t_ож проставляется в сети над стрелками, изображающими соответствующие работы (рис. 6.1). В таблице 6.1 представлены подсчитанные величины t_ож и C² _tож .

Таблица 6.1 Перечень событий и работ к сетевому графику на проектирование ЛВС Ethernet

Любая последовательность работ в сети, в которой конечное событие каждой работы этой последовательности совпадает с начальным событием следующей за ней работы, называется путём.

Полный путь, имеющий наибольшую продолжительность, называется критическим. Так на графике (рис.6.1)критическим путём является путь с продолжительностью:

t_кр =t(1,2)+t(2,3)+t(3,4)+t(4,12)+t(12,13)+t(13,14)+t(14,15)+t(15,16)+t(16,17)+t(17,18)+t(18,19)+t(19,20)=50

Критический путь определяет общую продолжительность комплекса работ. По продолжительности работ и длине критического пути для любого события сети определяется возможный наиболее ранний срок t_р (i) его наступления. t_р (i) равен продолжительности максимального из предшествующих данному событию путей и определяется по формуле 6.3.

t_р (i)=t(L₁ (i)). (6.3)

Если известен ранний срок свершения любого из предшествующих событий, тогда ранний срок свершения следующего за ним события определяется по формуле 6.4.

t_p(j) =t_p(i) =t_(i,j) , (6.4)

где t_(i) – продолжительность работы от события i до события j.

Поздний срок свершения i-го события определяется как разность между критическим путём и максимальной продолжительностью пути, следующего за данным событием:

t_п(i) =t_кр- t(L₂ (i)). (6.5)

Все события сетевого графика, за исключением событий критического пути, имеют резервы времени (P_i ). Он определяется как разность между самым поздним и самым ранним сроком свершения события:

P_i =t_п(i) -t_p(i) . (6.6)

Расчёт временных параметров событий представлен в табл 6.2. В таблице подчёркнуты события, лежащие на критическом пути.

Таблица 6.2 Расчёт временных параметров событий

Зная ранние и поздние сроки свершения событий, можно для любой работы i, j сети определить также ранние и поздние сроки её начала и окончания.

Самый ранний из возможных сроков начала работы определяется следующим образом:

t_рн (i,j)=t_p(i) . (6.7)

Самый поздний из допустимых сроков начала работы определяется следующим образом:

t_пн (i,j)=t_п(j) -t_(i,j) . (6.8)

Самый ранний из возможных сроков окончания работы определяется следующим образом:

t_ро (i,j)=t_п(j) +t(i,j). (6.9)

Самый поздний из допустимых сроков окончания работы определяется следующим образом:

t_по (i,j)=t_п (j). (6.10)

Полный резерв времени работы – это максимальное количество времени, на которое можно увеличить продолжительность работы или отсрочить её начало, не изменяя при этом продолжительности критического пути. Полный резерв времени работы определяется по формуле (6.11).

P_п (i,j)=t_п (j)-t_п (i)-t(i,j). (6.11)

Свободный резерв времени – это максимальное количество времени, на которое можно увеличить продолжительность работы или отсрочить её начало, не изменяя при этом ранних сроков начала последующих работ, при условии, что начальное событие этой работы наступило в свой срок. Свободный резерв времени определяется по формуле (6.12).

P_с (i,j)=t_р (j)-t_р (i)-t(i,j). (6.12)

Расчёт временных параметров представлен в табл. 6.3.

Таблица 6.3 Расчёт временных параметров работ

Для анализа сетевого графика после расчёта параметров привязываем его к календарным датам. привязка показана на рис.6.2, причём события зафиксированы по ранним срокам их свершения. такая привязка позволяет установить календарные сроки выполнения отдельных работ и сопоставить их с теми директивными сроками, которые устанавливаются для отдельных этапов проекта плановыми организациями. кроме того, привязка помогает в наглядной форме представить резервы времени работ (на графике это работы 8,19 и 11,15), а также составить график загрузки по исполнителям.

Календарный график загрузки исполнителей проекта, представленный на рис.6.3, показывает, что в работе принимают участие 3 исполнителя: 2 младших научных сотрудника и 1 старший научный сотрудник.

Характерным моментом анализа вероятностных сетевых графиков является определение вероятности P{tкр≤Тд} того, что завершающее событие совершается в заданный срок.вероятность определяется по формуле 6.13.

P{tкр≤Тд}=Ф(х), (6.13)

где х=(Тд-tкр)/Сtкр – аргумент функции нормального распределения;

Тд – заданный директивный срок завершения комплекса работ;

tкр – критический путь, определяемый при расчёте сетевого графика;

Сtкр – среднеквадратическое отклонения срока наступления завершающего события, которое определяется по формуле

Сtкр=√ΣC² (i,j)tкр , (6.14)

где ΣC² (i,j)tкр – сумма величин дисперсий работ, лежащих на критическом пути;

Ф(х) – функция нормального распределения, значение которой берётся из приложений.

ΣC² (i,j)tкр=0.16+0.16+0.04+0.16+0.04+0.16+0.04+0.16+0.04+0.16+0.64=1.76

Сtкр==1.33

6.3 Расчёт сметы затрат

В плановую себестоимость проекта включаются все затраты, связанные с её выполнением, независимо от источника их финансирования.

Затраты на статью определяются по действующим ценам с учётом транспортно-заготовительных расходов, величина которых составляет 3-5%.

Расчёт этих затрат производится по форме, приведённой в табл. 6.4.

Таблица 6.4 Расчёт затрат по статье «Материалы»

На статью «Основная заработная плата» относятся выплаты по заработной плате, исчислённые исходя из ставок и должностных окладов научных сотрудников.

Расчёт основной заработной платы производится по форме, приведённой в табл. 6.5.

Таблица 6.5 Расчёт основной заработной платы

На основании расчёта всех перечисленных выше статей затрат составляется плановая калькуляция и цена отдельного проекта, приведённая в табл. 6.6.

Таблица 6.6 Калькуляция плановой себестоимости и цены проектирования

Поскольку работа носит не НИР-овский, а проектный характер, то в цене так же учитываются отчисления в бюджет и налог на добавленную стоимость.

7. Охрана труда и экологическая безопасность

7.1 Основные требования к освещению с учётом труда

Свет является естественным фактором жизнедеятельности человека, играющим важную роль в сохранении здоровья и высокой работоспособности.

Действие света на организм человека чрезвычайно многообразно. Уровень освещённости оказывает действие на состояние психических функций и физиологические процессы в организме. Так, хорошее освещение действует тонизирующе, стимулирует активность деятельности человека; улучшает протекание основных нервных процессов. Рациональное освещение предупреждает развитие утомления, способствует повышению производительности труда и играет важную роль в снижении производственного травматизма. Установлено, что плохое освещение является причиной примерно 5% несчастных случаев на предприятиях.

Особое значение освещение имеет для профессий, в которых зрительная система играет главную роль в трудовой деятельности, испытывает большие нагрузки и зачастую является источником ошибок.

Состояние функции зрения, работоспособность зрительной системы человека определяются такими показателями, как острота зрения, скорость различения и устойчивость ясного видения, контрастная и цветовая чувствительность.

Основная пространственная характеристика глаза – острота зрения, определяемая величиной, обратной наименьшему расстоянию между двумя точками, при котором они видятся раздельно. Острота зрения зависит от освещённости, контраста между объектом и фоном, расстояния до наблюдаемого объекта. На рис. 6.2 приведена зависимость остроты зрения от освещения фона.

Контрастом К объекта наблюдения и фона называется различие между их яркостями

К=(Во-Вф)/Вф,

где Во и Вф соответственно яркости объекта и фона, кд/м² оптимальная величина контраста считается равной 0,6-0,9.

Скорость различения относится к временным характеристикам зрительного анализатора. Она представляет собой способность глаза быстро различать объекты наблюдения и в значительной степени определяет безопасность работы. Скорость различения мала при низкой освещённости, наличии слепящих поверхностей в поле зрения, малом контрасте объекта и фона.

При недостаточной освещённости сокращается время, в течении которого глаз человека сохраняет способность ясно различать рассматриваемый объект, - время ясного видения. На устойчивость ясного видения оказывает влияние напряжённость зрительной работы, уровень освещённости, пульсация светового потока. Как показывают физиологические исследования, время ясного видения при работе в течение 3 ч сокращается при освещённости 50 лк на 72% от исходной величины, при освещённости 75 лк – на 55%, при 100 лк – на 26%, при 200 лк – на 15%.

Снижение видимости при появлении в поле зрения блеских источников света называется ослеплённостью.

Важной характеристикой зрительного восприятия является критическая частота мельканий – минимальная частота, при которой прерывистое изображение воспринимается как непрерывное. Значение критической частоты (fкр) зависит от яркости объекта различения и его угловых размеров. Это свойство зрительного восприятия необходимо учитывать при работе на ЭВМ.

Анализ воздействия света на организм человека и основных свойств зрительного восприятия позволяет сформулировать основные требования к производственному освещению, которые заключаются в обеспечении: достаточной освещённости рабочих поверхностей, равномерности распределения яркости, отсутствия глубоких и резких теней, постоянства освещённости во времени.

7.2 Обоснование организации освещения и нормативного уровня освещённости рабочего места

Освещение рабочих мест может быть естественным и искусственным.

Естественное освещение может осуществляться через окна или световые проёмы в наружных стенах (боковое освещение), через застеклённые световые фонари и перекрытие (верхнее) или через фонари и окна одновременно (комбинированное).

Естественное освещение резко изменяется в течение дня, времени года и существенно зависит от атмосферных условий. От этих недостатков свободно искусственное освещение – освещение помещений искусственным светом с помощью электрических ламп. На некоторых предприятиях применяется совмещённое освещение, когда недостаточное естественное освещение дополняется искусственным. Искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное, аварийное, эвакуационное и охранное.

Рабочее освещение предназначено для создания необходимых условий работы и нормальной эксплуатации зданий или территории. Дежурное освещение включается во вне рабочее время.

Аварийное освещение применяется в тех случаях, когда отключение рабочего освещения может привести к взрыву, пожару, длительному нарушению технологического процесса, нарушению работы таких объектов, как узлы радиопередачи и связи, электростанции и т.п. При аварийном освещении часть светильников общего освещения питаются током от автономного источника и в случае отключения основной сети продолжают работать. Освещённость в этом случае должна составлять не менее 5% от величины , предусматриваемой нормами рабочего освещения для данного вида работ, но не менее 5 лк при газоразрядных лампах и 2 лк – при лампах накаливания.

Эвакуационное освещение включается при аварийной обстановке для эвакуации людей. Оно устанавливается в помещениях с числом работающих свыше 50 и на открытой территории. Освещённость в помещениях составляет 0,5 лк, а на открытой территории – 0,2 лк.

Охранное освещение размещается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время.

Искусственное освещение делится на общее, местное и комбинированное.

Общим называется освещение, при котором осветительные устройства размещаются в верхней зоне помещения и равномерно освещают всю площадь, занятую рабочими местами и оборудованием.

Если светильники концентрируют световой поток непосредственно на рабочие места, то такое освещение называется местным.

Комбинированным называется освещение, при котором наряду с общим искусственным освещением используются светильники местного освещения для создания на рабочих местах освещённости более высоких уровней.

В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяются лампы накаливания, гологенные и газоразрядные.

К основным характеристикам источников света относятся: удельная световая отдача и средний срок службы, а также мощность ламп, напряжение сети и излучаемый лампой световой поток.

При выборе источников света необходимо обращать внимание на спектральный состав света, так как он способствует не только цветоразличению в процессе выполнения трудовой задачи, но и оказывает существенное влияние на психофизиологическое состояние человека и ощущение им светового комфорта.

Желательно, чтобы спектр искусственного освещения максимально приближался к спектру естественного света.

7.3 Средства и способы обеспечения требуемой освещённости и равномерности светораспределения

Выбор параметров производственного освещения основывается на учёте требований, предъявляемых конкретным производственным процессом, в соответствии с действующими нормами и правилами.

СНиП устанавливает минимальные уровни освещённости рабочих поверхностей в зависимости от точности зрительной работы, контраста объекта и фона, яркости фона, системы освещения и типа используемых ламп.

Точность зрительной работы характеризуется размером объекта различения. Объект различения – это элемент рассматриваемого объекта минимального размера, который нужно узнавать и различать (элемент буквы или толщина её начертания, размер отдельных деталей или расстояние между ними при пайке и монтаже и т.п.).

Поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается, называется фоном. Фон считается светлым при коэффициенте отражения поверхности более 0,4, средним – при коэффициенте отражения от 0,2 до 0,4 и тёмным – при коэффициенте отражения менее 0,2.

Гигиенические нормы для естественного освещения устанавливают требуемую величину коэффициента естественного освещения (КЕО) в зависимости от точности работ, вида освещения и географического расположения производства.

Для определения соответствия естественной освещённости в производственном помещении требуемым нормам измеряют освещённость: при верхнем и комбинированном освещении – в различных точках помещения с последующим усреднением; при боковом – на наименее освещённых рабочих местах. Одновременно измеряют наружную освещённость и определённый расчётным путём КЕО сравнивают с нормативным.

Для искусственного освещения нормируемым параметром является освещённость. В зависимости от контраста объекта с фоном и яркости фона каждый из восьми разрядов точности зрительных работ подразделяется на четыре подразряда, для каждого из которых нормируется освещённость.

Необходимый уровень освещённости тем выше, чем темнее фон, меньше объект различения и контраст объекта с фоном.

Нормы регламентируют не только количественные, но и качественные показатели освещения: показатель ослеплённости - для ограничения слепящего действия, создаваемого самосветящимися или пропускающими свет поверхностями; коэффициент пульсации (для газоразрядных ламп) – для уменьшения стробоскопического эффекта.

Для общественных и вспомогательных зданий, а также жилых помещений нормируется показатель дискомфорта с целью ограничения неравномерного распределения яркостей в поле зрения.

7.4 Расчёт освещения рабочего места

В зависимости от сложности и характера зрительных задач искусственное освещение может быть организованно в виде системы общего или комбинированного освещения. Общее освещение создается равномерно распределенными на потолке светильниками и используется, когда необходимо обеспечить одинаковую освещенность на всей рабочей площади помещения (комнаты управления, аудитории, лаборатории, коридоры и т.п.).

Проектирование системы общего искусственного освещения представляет собой последовательное решение следующих задач.

- выбор типа источников света (ламп);

- выбор типа светильников;

- размещение светильников в плане помещения и определение их количества;

- расчет светового потока ламп светильников;

- выбор стандартной лампы.

Исходными данными для расчета являются:

- гигиеничекая норма освещения Е_min (лк). Е_min = 150 лк;

- габаритные размеры производственного помещения A x B x H (м).

A = 6, B = 10,H = 3;

коэффициенты отражения рабочих поверхностей r_р = 20% , поверхностей стенr_с = 40%, поверхностей потолка r_п = 60%.

Светильники выбирают с учетом характеристик рабочей среды в помещении. Рабочая среда помещения - нормальная, т.е. содержащание пыли, дыма и копоти не превыщает 5 мг/м³ . Для нормальной среды подходят светильники серии ЛСПО-1, ЛОУ1П, ЛД.

Для получения равномерного освещения светильники располагают симметричными рядами, при этом расстояние между светильниками в ряду, между рядами и от края светильников до стен не должно превышать:

L = л * h, (7.1)

где L - расстояние между светильниками в ряду и между рядами светильников, м;

л - коэффициент, зависящий от типа светильников.

При высоте помещения 3 метра величина h = 1.8 м, учитывая величину подвеса равную 0.4 м и высоту рабочих поверхностей равную 0.8 м. Для многорядного расположения светильников и типов ЛСПО-1, ЛОУ1П, ЛД коэффициент л принимает значения от 1.8 до 2.3. Тогда L может принимать значения от 3.24 до 4.14.

Для таких значений L и Lс размещение ламп в плане помещения показано на рис. 7.1.

Расстояние от краев светильников до стены Lc вычисляется по формуле :

Lc = ( 0.4 - 0.5 )L = 1.3 .. 1.62 м , для L = 3.24 , (7.2)

Lc = ( 0.4 - 0.5 )L = 1.36 .. 1.7 м , для L = 3.4 ,(7.3)

Световой поток одного светильника определяется методом коэффициента использования светового потока по формуле:

Fсв = (Emin * S * K * Z) / (Nсв * g) (лм) , (7.4)

где Emin - гигиеническая норма освещения, лк ( Emin = 150 );

S - площадь помещения, м ( S = 6 * 10 = 60 );

К - коэффициент запаса, зависящий от запыленности воздуха в помещении (для воздушной среды, содержащей не более 5 мг/м³ К = 1.5 );

Z - коэффициент неравномерности освещения ( для люминесцентных ламп Z = 1.1);

Nсв - количество светильников (для вычисленных L и Lc количество светильников равно 6);

g - коэффициент использования светового потока, зависящий от типа светильника, коэффициентов отражения ограждающих поверхностей и конфигурации помещения, которая определяется показателем

i = [ A * B ] / [h * ( A + B )],(7.5)

где A и B - длина и ширина помещения, м (A = 6, B = 10);

h - высота расположения светильников над рабочей поверхностью, м (h = 1.8).

i = ( 6*10 ) / ( 1.8 * ( 6 + 10 ) ) = 2.1.(7.6)

Для типа светильника ЛД , коэффициента i = 2.1 и коэффициентов отражающих поверхностей : рабочих поверхностей r_р = 20% , поверхностей стенr_с = 40%, поверхностей потолка r_п = 60% значение g = 0.59.

Fсв = ( 150 * 60 * 1.5 1.1 ) / ( 6 * 0.59) = 4195 лм.(7.7)

В светильнике серии ЛД находится две лампы, поэтому световой поток лампы равен 2097 лм. Наиболее близка к такому значению лампа ЛДЦ 40-4, дающая световой поток равный 2100 лм.

Выводы

Рациональное освещение производственных помещений, занимает важное место среди санитарно-гигиенических мероприятий по оздоровлению условий труда в промышленности; произведено проектирование рационального производственного освещения с выбором источников света и их световых потоков.

В результате расчёта было получено количество светильников Nсв = 6.

Заключение

В данном дипломном проекте была спроектирована локальная сеть Ethernet для рабочих мест офиса. Данная сеть позволяет подключить 62 рабочие станции. Сеть предусматривает взаимодействие с сетью Token Ring. Обеспечивается передача данных со скоростью 10 Мбит/с.

В данном проекте были изучены принципы построения сетей, изучена архитектура сети Ethernet, подобрано сетевое оборудование, спроектирована структурированная кабельная система. Данная кабельная система обладает максимальной гибкостью, возможностью внедрения новых технологий, возможностью подключения различных видов оборудования.

Также был произведён расчёт длин кабеля и мощности устанавливаемого источника бесперебойного питания.

Спроектированная сеть соответствует установленным требованиям и стандартам и является высокопроизводительной и надёжной сетью.

Также были описаны требования к освещению рабочих мест и произведён расчёт освещённости рабочего места оператора. Было дано экономическое обоснование проекта и рассчитана смета затрат на проектирование сети.

Литература

1. Назаров С.В. и др. Локальные вычислительные сети. – М.: Финансы и статистика, 1994. – 208 с.

2. Спортак М.А. и др. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользователя / Пер. с англ. - к.: издательство Диа Софт, 1998.- 432 с.

3. Microsoft Corporation. Компьютерные сети. Учебный курс / Пер. с англ. – М.: Русская редакция, 1997.- 696 с.

4. Нессер Д.ДЖ. Оптимизация и поиск неисправностей в сетях. – К.: Диалектика, 1996.- 384 с.

5. Анализ локальных сетей Net Ware / Пер. с англ. – М.: ЛОРИ, 1995.- 596 с.

6. Сети и системы связи. Вып. 4.- М.:

7. Сети и системы связи. Вып. 8.- М.:

8. Сети и системы связи. Вып. 11.- М.:

9. Сети и системы связи. Вып. 12.- М.:

10. Носенко А.А. Сетевые методы планирования НИР и ОКР. Методическое пособие по дипломному проектированию. – Мн.: МРТИ, 1992.- 45 с.

11. Шаниров Р.С. и др. Охрана труда. Методические указания по дипломному проектированию. – Мн.: МРТИ, 1990.- 36 с.

12. Сибаров Ю.Г., Сколотнёв Н.Н. Охрана труда в вычислительных центрах. – М.: Радио и связь, 1990.- 199 с.

13. Павлов С.П. и др. Охрана труда в радиоэлектронной промышленности. – М.: Радио и связь, 1985.- 200 с.

14. Байченко Е.В. и.др. Локальные вычислительные сети. – М.: Радио и связь, 1985.- 304 с.

15. Челлис Д. И др. Основы построения сетей / Пер. с англ. – М.:ЛОРИ, 1997.- 323 с.

16 Русли Д., Мэксвин Д. Сети Windows NT 4.0. / К.: Диалектика, 1997.- 597 с.

Диагностика локальных сетей

Проектирование "домашней" локальной сети

Корпоративная локальная компьютерная сеть на предприятии по разработке программного обеспечения

Проектирование локально-вычислительной сети

Проект высокоскоростной локальной вычислительной сети предприятия

Структура рабочей сети Internet

Программно-аналитический комплекс локальной сети в организации "Северодонецкое агентство развития громады"

Совершенствование существующей локальной вычислительной сети Солнечногорского филиала Современной Гуманитарной Академии

Разработка системы управления технологическим сегментом сети

Организация корпоративной компьютерной сети в предприятии

Структура рабочей сети Internet

Проектирование сети Metro Ethernet в городе Павлодаре

Дистанционные технологии в образовании

Реорганизация схемы управления и оптимизация сегмента сети передачи данных

Интеграция локальных вычислительных сетей МИЭТ и студенческого городка МИЭТ

Разработка локально-вычислительной сети в автокомплексе "Первомайский"

Анализ и комплекс мероприятий по обслуживанию локальной сети службы по делам детей Северодонецкого городского совета

Анализ функционирования локальной сети Службы по делам детей Северодонецкого городского совета