Проектирование сети торгового предприятия

Так как  для локальной сети характерны небольшие  значения времени распространения  сигналов, высокие скорости работы канала и малые значения интенсивности ошибок по сравнению с ГС, не требуется, чтобы в локальной сети использовались сложные протокольные механизмы установления соединения, опроса/выбора, положительного и отрицательного подтверждения (квитирования) и т.д., принятие в протоколах Непрерывный ARQ (автоматический запрос повторения), ориентированных на установление логического соединения.

CSMA/CD и  стандарт IEEE 802.3. Наиболее известным  механизмом управления локальной  сетью шинной конфигурации является  метод множественного доступа  с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Метод CSMA/CD является неприоритетным методом управления с контролем несущей (и коллизиями). Наиболее широко распространенная реализация метода CSMA/CD – это спецификация Ethernet.

Спецификация CSMA/CD Ethernet базируется на концепции уровневых протоколов. Уровень пользователя обслуживается двумя уровнями CSMA/CD, а именно уровнем звена данных (канальным уровнем) и физическим уровнем.

Уровень звена данных состоит из логического  объекта, осуществляющего блокирование/деблокирование данных и логического объекта административного управления доступом к среде передачи/приема.

Основные  функции этих объектов:

• Блокирование/деблокирование данных;
• Управление доступом к среде.

Физический  уровень зависит от типа передающей среды. Он отвечает за такие услуги, как ввод электрических сигналов в канал, обеспечение синхронизации работы канала, кодирование и декодирование данных. Подобно уровню звена данных, физический уровень состоит из двух основных логических объектов: логического объекта кодирования/декодирования и доступа к каналу приема/передачи.

Кодирование/декодирование данных:

• Формирует сигналы для синхронизации станций, подключенных к каналу (такой сигнал синхронизации называется преамбулой);
• Кодирует поток двоичных данных в самосинхронизирующийся код (манчестерский код) в передающем узле и декодирует манчестерский код обратно в двоичный код в принимающем узле.

Доступ  к каналу:

• Вводит физический сигнал в канал на передающей стороне и получает сигнал на принимающей стороне интерфейса;
• Контролирует несущую в канале как на передающей, так и на принимающей стороне (что означает, что канал занят);
• Обнаруживает коллизию в канале на передающей стороне (указывая, что произошло наложение двух сигналов).

В сети CSMA/CD каждая станция имеет как передающую, так и принимающую сторону для обеспечения входящего/исходящего потока данных. Передающая сторона вызывается, когда пользователь желает передать данные другому ООД в сети; принимающая сторона вызывается, когда данные передаются в кабель станциям, подключенным к сети.

Маркерное кольцо (приоритетное). В маркерном  кольце (приоритетном) для обеспечения  доступа к сети на основе приоритетов  используется маркер. Этот подход в  настоящее время широко используется в изделиях фирм-поставщиков и  закреплен в стандарте IEEE 802.5. У него есть много общего с обычным кольцом с передачей маркера. Например, маркер передается по кольцу и в самом маркере имеется индикатор, указывающий, занято или свободно кольцо. Маркер циркулирует непрерывно по кольцу, проходя через каждую станцию. Если станция желает передать данные и маркер свободен, она захватывает кольцо, превращая маркер в индикатор начала-кадра-пользователя, добавляя при этом данные и управляющие поля и посылая кадр не кольцу к следующей станции.

Предполагается, что каждая станция просматривает маркер. Если оказывается, что маркер занят, принимающая станция должна регенерировать его и передать следующей станции. Копирование данных требуется только в том случае, если данные должны быть переданы прикладной системе конечного пользователя, связанной с этим конкретным узлом. После того как информация вернется на исходную станцию, которая произвела передачу данных, маркер снова восстанавливается в исходном виде (инициируется) и передается в кольцо.

В системах с передачей маркера (с приоритетами) станции имеют приоритеты, устанавливаемые для доступа к сети. Это достигается путем размещения в маркере индикаторов приоритета. Эти системы могут быть отнесены к равноранговым приоритетным системам.

Маркерная шина и стандарт IEEE 802.4. Подуровень MAC выполняет четыре основные функции: интерфейсная машина, машина управления доступом, машина приема и машина передачи. Еще одной, необязательной, компонентой является регенеративная машина — повторитель (regenerative repeater machine), имеющаяся в некоторых станциях-повторителях, таких, как головной модулятор.

Машина  управления доступом (АСМ) является сердцем  маркерно-шинной системы. Она определяет, когда ввести кадр в шину, и совместно  с машинами АСМ других станций  управляет доступом к общей шине. Она также отвечает за инициализацию и техническое обслуживание логического кольца, включая обнаружение ошибок и восстановление после отказов.

Маркер (право на передачу) передается от станции  к станции в убывающем порядке  численных адресов станций. Когда  станция определяет, что маркерный  кадр адресован ей, она может передавать кадры данных. Когда станция заканчивает  передачу кадров данных, она передает маркер следующей станции в логическом кольце. Владея маркером, станция может временно делегировать свое право передачи другой станции, посылая кадр данных запрос-с-ответом.

После того как станция завершает передачу кадров данных, которые у нее были, станция передает маркер следующей станции в логическом кольце путем передачи маркерного управляющего кадра.

Послав  маркерный кадр, станция слушает  среду, чтобы удостовериться, что  станция-преемник «услышала» маркерный  кадр и находится в активном состоянии. Если станция-отправитель определяет, что вслед за маркером послан действительный кадр, она считает, что станция-преемник владеет маркером и ведет передачу. Если отправитель маркера не «слышит» действительного кадра, следующего за переданным ею маркером, она пытается оценить состояние сети и может принять меры для обхода неисправной станции путем установления нового-преемника. В случае более серьезных неисправностей делаются попытки заново инициализировать кольцо.

2 Проектирование сети 

2.1 Выбор технологии построения сети

При определении  технологии построения сети выбор пал  на метод доступа CSMA/CD (метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий), как отвечающий всем требованиям, предъявляемым к сети.

Наиболее  распространенной технологией построения сети, использующей метод доступа CSMA/CD, является технология Ethernet.

Использование современного ПО накладывает определенные рамки на пропускную способность сети. В связи с этим были разработаны стандарты Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, обеспечивающие скорость передачи данных 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с соответственно.

Спроектируем сеть на основе технологии Fast Ethernet.

Fast Ethernet использует метод передачи данных CSMACD-множественный доступ к среде  с контролем несущей и обнаружением коллизий. Fast Ethernet использует размер пакета 15160 байт. Кроме того, Fast Ethernet налагает ограничение на расстояние между подключаемыми устройствами – не более 100 метров. Для того чтобы снизить перегрузку, сети стандарта Fast Ethernet разбиваются на сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. Сегодня при построении центральной магистрали, объединяющей серверы, используют коммутируемый Fast Ethernet. Fast Ethernet-коммутаторы можно рассматривать как высокоскоростные много портовые 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. Официальный стандарт 803.u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet.

100BaseTX — для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP типа 1.

Стандарт 100BaseTX 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 5 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.

Недостатки: этот кабель дороже других восьмижильных  кабелей, кроме того, для работы с  ним требуется использование пробойных, разъемов и коммутационных панелей, удовлетворяющих требованиям категории 5. Для поддержки полнодуплексного режима следует установить полнодуплексные коммутаторы.

100BaseT4 — для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5.

100BaseT4 является расширением стандарта 10BaseT с пропускной способностью от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. Стандарт 100BaseT4 включает в себя протокол обработки множественного доступа с опознаванием несущей и обнаружением конфликтов CSMA/CD. В 100BaseT4 используются все четыре пары восьмижильного кабеля: одна для передачи, другая для приема, а оставшиеся две работают как на передачу, так и на прием. Таким образом, в 100BaseT4 и прием, и передача данных могут осуществляться по трем парам. 100BaseT4 уменьшает частоту сигнала, поэтому для его передачи довольно и менее высококачественного кабеля. Для реализации сетей 100BaseT4 подойдут кабели UTP категорий 3 и 5, равно как и UTP категории 5 и STP типа 1.В 10BaseT расстояние между концентратором и рабочей станцией не должно превышать 100 метров. Поскольку соединительные устройства (повторители) вносят дополнительные задержки, реальное рабочее расстояние между узлами может оказаться еще меньше.

Недостатки  же состоят в том, что для 100BaseT4 нужны все четыре пары и что полнодуплексный режим этим протоколом не поддерживается.

100BaseFX — для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

Fast Ethernet включает также стандарт для  работы с многомодовым оптоволокном  с 62,5-микронным ядром и 125-микронной оболочкой. Стандарт 100BaseFX ориентирован в основном на магистрали — на соединение повторителей Fast Ethernet в пределах одного здания. Традиционные преимущества оптического кабеля присущи и стандарту 100BaseFX: устойчивость к электромагнитным шумам, улучшенная защита данных и большие расстояния между сетевыми устройствами. 

2.2 Проектирование кабельной системы

Кабельная система является фундаментом любой  сети. Ответом на высокие требования к качеству кабельной системы стали структурированные кабельные системы, представляющие собой набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Виды  кабелей:

Витая пара (UTP/STP, unshielded/shielded twisted pair) в настоящее  время является наиболее распространенной средой передачи сигналов в локальных  сетях. Кабели UTP/STP используются в сетях Ethernet, Token Ring и ARCnet. Они различаются по категориям (в зависимости от полосы пропускания) и типу проводников (гибкие или одножильные). В кабеле 5-й категории, как правило, находится восемь проводников, перевитых попарно (то есть четыре пары). Все кабели состоят из 4 пар (две для передачи файлов, другие два для передачи голоса). Для соединения кабелей с оборудованием используют вилки и розетки RJ-45. Появились так же кабели категории 6, с частотой до 200 МГц, и категории 7, с частотой до 600 МГц, которые обязательно экранируются. Структурированная кабельная система, построенная на основе витой пары 5-й категории, имеет очень большую гибкость в использовании.

Оптоволоконные  кабели — наиболее перспективная и обеспечивающая наибольшее быстродействие среда распространения сигналов для локальных сетей и телефонии. В локальных сетях оптоволоконные кабели используются для работы по протоколам ATM и FDDI.

Оптоволокно, как понятно из его названия, передает сигналы при помощи импульсов  светового излучения. В качестве источников света используются полупроводниковые лазеры, а также светодиоды. Оптоволокно подразделяется на одно- и многомодовое.

Одномодовое волокно очень тонкое, его диаметр  составляет порядка 10 микрон. Благодаря  этому световой импульс, проходя  по волокну, реже отражается от его внутренней поверхности, что обеспечивает меньшее затухание. Соответственно одномодовое волокно обеспечивает большую дальность без применения повторителей. Теоретическая пропускная способность одномодового волокна составляет 10 Гбит/с. Его основные недостатки — высокая стоимость и высокая сложность монтажа. Одномодовое волокно применяется в основном в телефонии.

Многомодовое  волокно имеет больший диаметр — 50 или 62,5 микрона. Этот тип оптоволокна чаще всего применяется в компьютерных сетях. Большее затухание во многомодовом волокне объясняется более высокой дисперсией света в нем, из-за которой его пропускная способность существенно ниже — теоретически она составляет 2,5 Гбит/с.