Сделай Сам Свою Работу на 5

Обоснование выбора протоколов и технологии построения локальной проводной сети





 

2.1.1 Технология Ethernet. Ethernet – технология организации пакетных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде – на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами группы 802.3. Ethernet стал самой распространенной технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие технологии, как Arcnet, FDDI и Token Ring.

В стандарте первых версий в качестве передающей среды использовался коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать «витую пару» и оптоволоконный кабель. Метод управления доступом – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD), скорость передачи данных - 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жесткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиального кабеля может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиального – не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.



В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, а позже был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Появилась возможность работы в режиме полный дуплекс.

Классификация типов Ethernet базируется на основе скорости передачи и среде передачи. Стек сетевого протокола и пользовательские приложения работают фактически идентично во всех вариантах технологии Ethernet.

На данный момент на ряду с первоначально используемой медной средой передачи все чаще и шире используется оптоволоконный кабель. Использование этой среды позволяет существенно увеличить скорость и дальность передачи данных. Подавляющая часть современного оборудования поддерживает сразу несколько родственных вариантов Ethernet, используя различные схемы для автоматического определения стандарта, используемого на сети. В случае сбоя автоопределения устройства используют скорость соседнего сетевого устройства, включается полудуплексный режим работы.



Достоинства Ethernet – технологии:

1. Дешевизна;

2. Оптимальна для организации сети с небольшим количеством компьютеров;

3. Лёгкая расширяемость сети.

Недостатки Ethernet – технологии:

1. Ограничения в длине сегмента;

2. При образовании колец из кабеля возникают помехи и наводки в сигнале;

3. Снижение скорости передачи при большом количестве компьютеров.

2.1.2 Технология Fast Ethernet [2]. Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

1. Увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мбит/с;

2. Сохранение метода случайного доступа Ethernet;

3. Сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных – витой пары и оптоволоконного кабеля.

Основным недостатком является то, что максимальная длина сегмента кабеля ограничена ста метрами.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T – наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet – к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети. Официальный стандарт 100Base-T установил три различных спецификаций для физического уровня для поддержки следующих типов кабельных систем:

1. 100 Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Cat.5, или экранированной витой паре STP Type 1;



2. 100 Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Cat.3,4 или 5;

3. 100 Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Fast Ethernet использует CSMA/CD – множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий. Размер пакета – 15160 байт. Ограничение на расстояние между устройствами – не более 100 метров. Для того чтобы снизить перегрузку, сети стандарта Fast Ethernet разбиваются на сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. При построении центральной магистрали, объединяющей серверы, используют коммутируемый Fast Ethernet. Fast Ethernet-коммутаторы можно рассматривать как высокоскоростные многопортовые мосты, которые в состоянии самостоятельно определить, в какой из его портов адресован пакет. Коммутатор просматривает заголовки пакетов и таким образом составляет таблицу, определяющую, где находится тот или иной абонент с таким физическим адресом. Это позволяет ограничить область распространения пакета и снизить вероятность переполнения посылая его только в нужный порт. Только широковещательные пакеты рассылаются по всем портам.

Стандарт 100Base-TX требует применения двух пар UTP или STP. Одна пара служит для передачи, другая – для приема. Этим требованиям отвечают два основных кабельных стандарта: EIA/TIA-568 UTP категории 5E и STP типа 1 компании IBM. В 100BaseTX привлекательно обеспечение полнодуплексного режима при работе с сетевыми серверами, а также использование всего двух из четырех пар восьмижильного кабеля – две другие пары остаются свободными и могут быть использованы в дальнейшем для расширения возможностей сети.

Быстродействие сети Fast Ethernet и других сетей, работающих на скорости в 100 Мбит/с, в настоящее время удовлетворяет требованиям большинства задач, но в ряде случаев даже его оказывается недостаточно. Особенно в тех ситуациях, когда необходимо подключать к сети современные высокопроизводительные серверы или строить сети с большим количеством абонентов, требующих высокой интенсивности обмена. Например, все более широко применяется сетевая обработка трехмерных динамических изображений. Скорость компьютеров непрерывно растет, они обеспечивают все более высокие темпы обмена с внешними устройствами. В результате сеть может оказаться наиболее слабым местом системы, и ее пропускная способность будет основным сдерживающим фактором в увеличении быстродействия.

2.1.3 Gigabit Ethernet [3] – это естественный, эволюционный путь развития концепции, заложенной в стандартной сети Ethernet. Безусловно, она наследует и все недостатки своих прямых предшественников, например, негарантированное время доступа к сети. Однако огромная пропускная способность приводит к тому, что загрузить сеть до тех уровней, когда этот фактор становится определяющим, довольно трудно. Зато сохранение преемственности позволяет достаточно просто соединять сегменты Ethernet, FastEthernet и Gigabit Ethernet в сеть, и, самое главное, переходить к новым скоростям постепенно, вводя гигабитные сегменты только на самых напряженных участках сети. (К тому же далеко не везде такая высокая пропускная способность действительно необходима.) Если же говорить о конкурирующих гигабитных сетях, то их применение может потребовать полной замены сетевой аппаратуры, что сразу же приведет к большим затратам средств.

В сети Gigabit Ethernet сохраняется все тот же хорошо зарекомендовавший себя в предыдущих версиях метод доступа CSMA/CD, используются те же форматы пакетов (кадров) и те же их размеры. Не требуется никакого преобразования протоколов в местах соединения с сегментами Ethernet и Fast Ethernet. Единственно, что нужно, – это согласование скоростей обмена, поэтому главной областью применения Gigabit Ethernet станет в первую очередь соединение концентраторов Ethernet и Fast Ethernet между собой.

С появлением сверхбыстродействующих серверов и распространением наиболее совершенных персональных компьютеров класса "high-end" преимущества Gigabit Ethernet становятся все более явными. Так, 64-разрядная системная магистраль PCI, уже фактический стандарт, вполне достигает требуемой для такой сети скорости передачи данных.

Работы по созданию сети Gigabit Ethernet ведутся с 1995 года. В 1998 году принят стандарт, получивший наименование IEEE 802.3z(1000BASE-SX, 1000BASE-LX и 1000BASE-CX). Разработкой занимается специально созданный альянс ( Gigabit Ethernet Alliance), в который, в частности, входит такая известная компания, занимающаяся сетевой аппаратурой, как 3Com. В 1999 году принят стандарт IEEE 802.3ab (1000BASE-T).

Номенклатура сегментов сети Gigabit Ethernet в настоящее время включает в себя следующие типы:

  1. 1000BASE-SX – сегмент на многомодовом оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 850 нм (длиной до 500 метров). Используются лазерные передатчики;
  2. 1000BASE-LX – сегмент на многомодовом (длиной до 500 метров) и одномодовом (длиной до 2000 метров) оптоволоконном кабеле с длиной волны светового сигнала 1300 нм. Используются лазерные передатчики;
  3. 1000BASE-CX – сегмент на экранированной витой паре (длиной до 25 метров);
  4. 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab) – сегмент на счетверенной неэкранированной витой паре категории 5 (длиной до 100 метров). Используется 5-уровневое кодирование (PAM-5), причем в полнодуплексном режиме передача ведется по каждой паре в двух направлениях;

Для наглядности в таблице 2.1 приведено сравнение технических характеристик поколений технологии Ethernet.

Таблица 2. 1 – Технические характеристики трех поколений технологии Ethernet.

Поколение Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Номинальная скорость передачи информации, Мбит/с
Среда передачи Витая пара, коаксиальный кабель, оптоволокно Витая пара, оптоволокно Витая пара, оптоволокно
Варианты реализации 10 Base2, 10 BaseT, 10 Base5, 1 Base5, 10 Broad36 100 Base-TX, 100 Base-FX, 100 Base-T4 1000Base-X 1000Base-LX 1000Base-SX 1000Base-CX 1000Base-T

Продолжение таблицы 2. 1

Поколение Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet
Топология Шина, звезда Звезда Звезда

 

2.1.4 Технология Token Ring.В 1970 году эта технология была разработана компанией IBM, а после стала основой стандарта IEEE 802.5. Token Ring является сетью с передачей маркера. Кабельная топология – звезда или кольцо, но в логически данные всегда передаются последовательно от станции к станции по кольцу. При этом способе организации передачи информации по сети циркулирует небольшой блок данных – маркер. Каждая станция принимает маркер и может удерживать его в течении определенного времени. Если станции нет необходимости передавать информацию, она просто передает маркер следующей станции. Если станция начинает передачу, она модифицирует маркер, который преобразовывается в последовательность "начало блока данных", после которого следует собственно передаваемая информация. На время прохождения данных маркер в сети отсутствует, таким образом остальные станции не имеют возможности передачи и коллизии невозможны в принципе. При прохождении станции назначения информация принимается, но продолжает передаваться, пока не достигнет станции-отправителя, где удаляется окончательно. Для обработки возможных ошибок, в результате которых маркер может быть утерян, в сети присутствует станция с особыми полномочиями, которая может удалять информацию, отправитель которой не может удалить ее самостоятельно, а также восстанавливать маркер.

Поскольку для Token Ring всегда можно заранее рассчитать максимальную задержку доступа к среде для передачи информации, она может применяться в различных автоматизированных системах управления, производящих обработку информации и управление процессами в реальном времени. Для сохранения работоспособности сети при возникновении неисправностей предусмотрены специальные алгоритмы, позволяющие в ряде случаев изолировать неисправные участки путем автоматической реконфигурации. Скорость передачи, описанная в IEEE 802.5, составляет 4 Мбит/с, однако существует также реализация 16 Мбит/с, разработанная в результате развития технологии Token Ring.

2.1.5 Технология ARCnet. Attached Resourse Computing Network (ARCnet) – сетевая архитектура, разработанная компанией Datapoint в середине 70-х годов.

В качестве стандарта IEEE ARCnet принят не был, но частично соответствует IEEE 802.4. Сеть с передачей маркера. Топология - звезда или шина. В качестве среды передачи ARCnet может использовать коаксиальный кабель, витую пару и оптоволоконный кабель. На местной почве, естественно, были популярны варианты на коаксиальном кабеле и витой паре. Закрепить свои позиции этому недорогому стандарту помешало малое быстродействие - 2,5 Мбит/с. В начале 90-х Datapoint разработала ARCNETPLUS, со скоростью передачи до 20 Мбит/с, обратно совместимый с ARCnet. Однако, ARCNETPLUS уступал по скорости передачи данных Fast Ethernet. Но есть место для применения ARCnet и в современной сети. Допустимая длина коаксиального кабеля при топологии «звезда» – 610 м. Однако, при построении сети с помощью данной технологии возникают следующие проблемы: трудно найти необходимые адаптеры; согласовать старые драйвера с современной операционной системой.

2.1.6 Технология FDDI. Технология Fiber Distributed Data Interface (FDDI) была разработана в 1980 году комитетом ANSI. Была первой технологией локальных сетей, использовавшей в качестве среды передачи оптоволоконный кабель. Причинами, вызвавшими его разработку, были возрастающие требования к пропускной способности и надежности сетей. Этот стандарт оговаривает передачу данных по двойному кольцу оптоволоконного кабеля со скоростью 100 Мбит/с. При этом сеть может охватывать очень большие расстояния – до 100 км по периметру кольца. FDDI, также как и Token Ring, является сетью с передачей маркера. В FDDI разделяются 2 вида трафика – синхронный и асинхронный. Полоса пропускания, выделяемая для синхронного трафика, может выделяться станциям, которым необходима постоянная возможность передачи. Это очень ценное свойство при передаче чувствительной к задержкам информации - как правило, это передача голоса и видео. Полоса пропускания, выделяемая под асинхронный трафик, может распределяться между станциями с помощью восьмиуровневой системы приоритетов. Применение двух оптоволоконных колец позволяет существенно повысить надежность сети. В обычном режиме передача данных происходит по основному кольцу, вторичное кольцо не задействуется. При возникновении неисправности в основном кольце вторичное кольцо объединяется с основным, вновь образуя замкнутое кольцо. При множественных неисправностях сеть распадается на отдельные кольца.

Высокая надежность, пропускная способность и допустимые расстояния, с одной стороны, и высокая стоимость оборудования, с другой, ограничивают область применения FDDI соединением фрагментов локальных сетей, построенных по более дешевым технологиям.

Технология, основанная на принципах FDDI, но с применением в качестве среды передачи медной витой пары, называется CDDI. Хотя стоимость построения сети CDDI ниже, чем FDDI, теряется очень существенное преимущество – большие допустимые расстояния.

2.1.7 Технология ATM. Американский национальный институт стандартов (ANSI) и Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (CCITT, МККТТ) начинали разработку стандартов ATM (Asynchronous Transfer Mode – Асинхронный Режим Передачи) как набора рекомендаций для сети B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network). При этом изначально преследовалась цель повышения эффективности использования телекоммуникационных соединений, возможность применения в локальных сетях не рассматривалась.

В технологии ATM используются небольшие, фиксированной длины пакеты, называемые ячейками (cells). Размер ячейки - 53 байта (5 байт заголовок + 48 байт данные).

В отличии от традиционных технологий, применяемых в локальных сетях, АТМ – технология с установлением соединения. Т.е. перед сеансом передачи устанавливается виртуальный канал отправитель-получатель, который не может использоваться другими станциями. (В традиционных технологиях соединение не устанавливается, а в среду передачи помещаются пакеты с указанным адресом.) Несколько виртуальных каналов АТМ могут одновременно сосуществовать в одном физическом канале.

Для обеспечения взаимодействия устройств в ATM используются коммутаторы. При установлении соединения в таблицу коммутации заносятся номер порта и идентификатор соединения, который присутствует в заголовке каждой ячейки. В последствии коммутатор обрабатывает поступающие ячейки, основываясь на идентификаторах соединения в их заголовках.

Технология ATM предоставляет возможность регламентировать для каждого соединения минимально достаточную пропускную способность, максимальную задержку и максимальную потерю данных, а также содержит методы для обеспечения управления трафиком и механизмы обеспечения определенного качества обслуживания. Это позволяет совмещать в одной сети несколько типов трафика в одной сети. Обычно выделяют 3 разновидности трафика – видео, голос, данные.

Технология АТМ отличается широкими возможностями масштабирования. В рамках применения АТМ в локальных сетях интерес представляют варианты со скоростью передачи 25 (витая пара класса 3 и выше) и 155 Мбит/с (витая пара класса 5, оптоволокно), 622 Мбит/с (оптоволокно). Существующие стандарты АТМ предусматривают скорости передачи вплоть до 2,4 Гбит/с.

Использование АТМ на практике, прежде всего, привлекательно возможностью использовать одну сеть для всех необходимых видов трафика, причем технология АТМ не ограничивается уровнем локальных сетей – те же самые принципы функционирования и у WAN сегментов сетей ATM. В качестве недостатка можно указать стоимость оборудования, существенно большую, чем у Fast Ethernet, например. Кроме того, сама организация сетей АТМ несколько сложнее и в ряде случаев требует существенной реорганизации существующей сети.

2.1.8 Обоснование выбора технологии построение проводных ЛВС. На основании вышеизложенного представляется необходимым и целесообразным использовать технологию Fast Ethernet 100 Base-T4, так как данная технология обеспечивает высокую скорость передачи данных, позволяет уменьшить затраты при построении локальной сети - относительно недорогое пассивное оборудование (стоимость одного метра витой пары Витая пара UTP PowerCat 5e, LSZH, IEC 332.1, 4 пары, 305 м, Molex, 39-504-5E (3 метра) – 8,20 руб.), а так же хорошо подходит для организации сети с небольшим количеством компьютеров, в том числе обладает свойством легкого включения в сеть новых клиентских машин.

Выбор топологии сети «активная звезда» обоснован тем, что для выбранной технологии построения локальной вычислительной сети Fast Ethernet100 Base-T4 «звезда» является наиболее оптимальным вариантом с практической и экономической точки зрения. Кроме того данная топология обладает рядом преимуществ над такими топологиями как «шина» и «кольцо».

Преимущества топологии звезда:

1. Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

2. Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

3. Высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

4. Гибкие возможности администрирования.

Предварительная схема проводной локальной вычислительной сети представлена на рисунке 2.1:

Рисунок 2.1 – Проектируемая проводная ЛВС

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.