Проектирование локальных сетей

Требования  к локальной сети

• Функциональность

Прежде  всего, сеть должна работать. Это означает, что она должна предоставить пользователям  возможность удовлетворения их производственных потребностей. Сеть должна обеспечить связь пользователей друг с другом и с приложениями с соответствующей требованиям скоростью и надежностью.

• Расширяемость

Сеть  должна обладать способностью к росту. Это означает, что первоначально  реализованная сеть должна увеличиваться  без каких-либо существенных изменений  общего устройства.

• Адаптируемость

Сеть  должна быть разработана с учетом технологий будущего и не должна включать элементы, которые в дальнейшем ограничивали бы внедрение технологических новшеств.

• Управляемость

Сеть  нужно сконструировать так, чтобы  облегчить текущий контроль и  управление для обеспечения стабильности ее работы. 

Этапы проектирования сети

   Чтобы локальная сеть была эффективной  и удовлетворяла потребностям пользователей, она должна быть спроектирована и  реализована в результате тщательно  спланированной последовательности действий, включающих следующее.

• Сбор требований и ожиданий пользователей.

   На  первом этапе проектирования сети следует  собрать данные о структуре организации.

Эта информация должна включать в себя данные об истории  и текущем состоянии организации, о планируемом росте, о методах  управления, офисных системах, а  также мнения членов персонала, которые  будут использовать локальную сеть. Необходимо узнать кто будет пользователем  локальной сети? Каков уровень его навыков, и как он относится к компьютерам и компьютерным приложениям?  Ответы на эти и подобные вопросы помогут определить требования к дополнительному обучению и количество специалистов, необходимое для поддержки данной локальной сети.

• Анализ собранных требований.

   С течением времени пользователи сети, как правило, повышают свои требования. Например, чем больше появляется доступных  голосовых и видеоприложений, тем  большими становятся требования к увеличению пропускной способности сети. Еще  одной задачей данного этапа  является оценка требований пользователей. Конечно, мало пригодна сеть, которая  не способна предоставить своим пользователям  необходимую и точную информацию. Поэтому необходимо предпринять  соответствующие действия для удовлетворения информационных требований организации  и ее работников. В процессе сетевого проектирования необходимо искать способы обеспечения большей доступности с наименьшими затратами. Нужно правильно анализировать данные, чтобы потом правильно спроектировать компьютерную сеть.

• Проектирование структуры   1-го,  2-го и 3-го уровней локальной сети.

   Проектирование  сетевой топологии (1 уровень) - выбор  типа кабелей, топологии сети, прокладка   кабелей. При прокладке кабеля следует  руководствоваться стандартом EIA/TIA 568 для размещения и соединения кабельных систем.

   Проектирование 2-го уровня топологии локальной  сети.

Назначение  устройств 2-го уровня состоит в обеспечении  управления потоком данных,

в обнаружении  и коррекции ошибок и уменьшении перегрузок сети. Двумя наиболее типичными  устройствами 2-го уровня (не считая сетевых  адаптеров, которые имеются у  каждого хоста сети) являются мосты  и коммутаторы.

     Проектирование 3-го уровня топологии локальной  сети

Маршрутизаторы, могут использоваться для создания отдельных сегментов локальной  сети и обеспечения обмена информацией  между сегментами, основываясь на адресации 3-го уровня, т.е. на IP-адресах. Внедрение устройств 3-го уровня позволяет осуществить сегментацию локальной сети на обособленные физические и логические сети. Маршрутизаторы также позволяют подключаться к распределенным сетям (Wide-Area Network, WAN), таким как Internet.

• Документирование логической и физической реализации сети.

Отчеты  о разработанной сети ее устройствах, свойствах, нагрузке. [3, c.70]

Описание  необходимой для эксплуатации локальных сетей инструкции также содержат чертежи, таблицы схемы и различные пояснения. В исполнительной документации находят отражение и изменения, внесенные в проект уже в ходе работ, а также результаты тестирования локальной сети.  

3. Топологии сети

 

    Преимуществами  использования сетей с топологией «общая шина» являются значительная экономия кабеля, а так же простота создания и управления. Недостатками - вероятность появления коллизий при увеличении числа компьютеров  в сети, обрыв кабеля приведет к  отключению множества компьютеров, низкий уровень защиты передаваемой информации. Любой компьютер может  получить данные, которые передаются по сети.

    При использовании звездообразной топологии каждый кабельный сегмент, идущий от любого компьютера сети, будет подключаться к центральному коммутатору или концентратору. Все пакеты будут транспортироваться от одного компьютера к другому через это устройство. Использование данной топологии удобно при поиске поврежденных элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. «Звезда» намного удобнее «общей шины» и в случае добавления новых устройств. Преимуществами «звезды» является простота создания и управления, высокий уровень надежности сети, высокая защищенность информации, которая передается внутри сети (если в центре звезды расположен коммутатор). Основной недостаток — поломка концентратора приводит к прекращению работы всей сети.

    Преимущества кольцевой топологии состоят в том, что большие объемы данных обслуживаются эффективнее, чем в случае с общей шиной, каждый компьютер является повторителем: он усиливает сигнал перед отправкой следующей машине, что позволяет значительно увеличить размер сети, возможность задать различные приоритеты доступа к сети; при этом компьютер, имеющий больший приоритет, сможет дольше задерживать маркер и передавать больше информации. К недостаткам можно отнести тот факт что обрыв сетевого кабеля приводит к неработоспособности всей сети, произвольный компьютер может получить данные, которые передаются по сети.

    К преимуществам ячеистой топологии относят эффективную работу с большими потоками данных, высокий уровень стабильности сети из-за использования дополнительных каналов связи, высокий уровень безопасности; поток информации идет от компьютера-отправителя к получателю напрямую, что теоретически исключает перехват данных. К недостаткам - потребность в наличии нескольких сетевых интерфейсов на компьютерах, входящих в сеть, большая стоимость организации сети.[4, c.95] 

4. Виды кабеля для соединения устройств сети

 

     Компьютеры  внутри локальной сети соединяются  с помощью кабелей, которые передают сигналы. Кабели классифицируются в  зависимости от возможных значений скорости передачи информации и частоты  возникновения сбоев и ошибок. Наиболее часто используются кабели трех основных категорий:

• витая пара.

  Внутри такой кабель состоит из двух или четырех пар медного провода, перекрученных между собой. Витая пара также имеет свои разновидности: неэкранированная и экранированная витая пара. Эти разновидности кабеля способны передавать сигналы на расстояние порядка 100 м. Как правило, в локальных сетях используется именно неэкранированная витая пара. Экранированная витая пара имеет плетеную оболочку из медной нити, каждая пара проводов дополнительно экранирована (она обернута слоем фольги), что защищает данные, которые передаются, от внешних помех и имеет более высокий уровень защиты и качества, чем оболочка неэкранированного кабеля. Такое решение позволяет поддерживать высокие скорости передачи на более значительные расстояния. Витая пара способна обеспечивать работу сети на скоростях 10, 100 и 1000 Мбит/с.

• коаксиальный кабель;

      Коаксиальный кабель состоит из медного провода, покрытого изоляцией, экранирующей металлической оплеткой и внешней оболочкой. По центральному проводу кабеля передаются сигналы, в которые предварительно были преобразованы данные. Такой провод может быть как цельным, так и многожильным. В данный момент локальные сети на основе коаксиального кабеля практически не встречаются. Скорость передачи информации в такой сети не превышает 10 Мбит/с.

• оптоволоконный кабель.

     В основе оптоволоконного кабеля находятся оптические волокна (световоды), данные по которым передаются в виде импульсов света. Электрические сигналы по оптоволоконному кабелю не передаются, поэтому сигнал нельзя перехватить, что практически исключает несанкционированный доступ к данным. Оптоволоконный кабель используют для транспортировки больших объемов информации на максимально доступных скоростях. Главным недостатком такого кабеля является его хрупкость: его легко повредить, а монтировать и соединять можно только с помощью специального оборудования, также кабель является очень дорогим.[5] 

5. Устройства  для соединения компьютеров в  сети

 

     В основе компьютерной сети используется 3 типа устройств для связи компьютеров - концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Каждый из них важен и исполняет  различные роли в упрощении коммуникации между сетевыми компьютерами.

     Концентратор (hub, хаб) позволяет объединить несколько  компьютеров в локальную сеть. Это довольно простое устройство, которое не лишено определенных недостатков. При подаче сигнала на один порт он дублируется на всех остальных  портах, при подключении большого числа компьютеров из-за этого  увеличивается вероятность возникновения  конфликтов в сети, которые снижают  общую скорость передачи данных.

Обычно  концентраторы применяются для  построения небольших сетей, их основное преимущество - низкая цена. В настоящее  время концентраторы используются все реже и вытесняются коммутаторами.

     Коммутатор (switch, свитч) - устройство, которое позволяет  объединить несколько компьютеров  в единую локальную сеть. В отличие  от концентратора в штатном режиме сигнал с одного порта поступает  не на все остальные порты, а только на тот порт, к которому подсоединен  получатель. Благодаря этому значительно  снижается вероятность возникновения  конфликтов в сети, соответственно, общая производительность сети повышается.

     Маршрутизатор (router, роутер) - это сетевое устройство, которое подключается между разными  компьютерными сетями и организует обмен данными. При построении домашней или небольшой офисной локальной  сети маршрутизатор работает как пограничное устройство между локальной сетью и интернетом.

     Обычно  маршрутизатор выполняет сразу  несколько функций: он может защитить локальную сеть от проникновения  злоумышленников извне, ограничить доступ к определенным сайтам для  пользователей, также он позволяет  автоматически назначать IP-адреса в  локальной сети.[6] 

6. Основные  протоколы сети

 

     Протоколы – это наборы правил и процедур, регулирующих порядок осуществления  некоторой связи. Протоколы –  это правила и технические  процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении  в сеть общаться друг с другом. Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

• Протокол IPX/SPX.

   В качестве прототипа протокола IPX компания Novell использовала один из первых протоколов локальных сетей — протокол Xerox Network System (XNS), адаптировав его для своей файл-серверной операционной системы NetWare. В настоящее время именно эти протоколы являются основными для версий NetWare 6.0 и выше, при этом пользователи могут по-прежнему применять протоколы IPX/SPX, в частности, для совместимости с устаревшими серверами и оборудованием (например, с принтерами).

     Достоинством  протокола IPX по сравнению с другими ранними протоколами является возможность его маршрутизации то, что с его помощью можно передавать данные по многим подсетям внутри предприятия.

     Недостатком протокола является дополнительный трафик, возникающий из-за того, что  активные рабочие станции используют часто генерируемые широковещательные пакеты для подтверждения своего присутствия в сети.

• NetBEUI - транспортный протокол, обеспечивающий услуги транспортировки данных для сеансов и приложений NetBIOS;

   NetBEUI был реализован в первых версиях Windows NT и до сих пор имеется в системе Windows 2000 (хотя больше и не поддерживается в системах Microsoft, начиная с Windows ХР).

   NetBEUI нельзя маршрутизировать и лучше всего его применять в небольших локальных сетях под управлением относительно старых операционных систем компаний Microsoft и IBM: Microsoft Windows 95, О Microsoft Windows 98, Microsoft LAN Manager, IBM LAN Server. В современных системах заменяется на протокол TCP/IP.

   Недостатки  NetBEUI: невозможность маршрутизации является главным недостатком протокола NetBEUI в средних и крупных сетях, включая корпоративные сети. Маршрутизаторы не могут перенаправить пакет NetBEUI из одной сети в другую, поскольку фрейм NetBEUI не содержит информации, указывающей на конкретные подсети. Еще одним недостатком протокола является то, что для него имеется мало сетевых анализаторов.