Файл: Пояснительная записка 2 Задание на выпускную квалификационную работу студенту.pdf

15 крупномасштабной системой сетей, образующих единое целое со сложной структурой. Глобальная сеть образуется из нескольких локальных (или региональных) сетей, охватывающих расстояния свыше 50 километров.
В состав крупных глобальных сетей могут входить множество локальных и региональных сетей, находящихся на разных континентах.
Данные сети непосредственно связанные со структурой сети интернет.
Так как, целью ВКР является организация КВС, то можно сделать вывод, что модернизируемая нами сеть относится к КВС с элементами локальных и корпоративных сетей.
2.1.2 Классификация на основе особенностей взаимодействия
Данная классификация включает в себя два пункта:
1)
Одноранговые – (peer-to-peer, P2P — равный к равному)— оверлейная компьютерная сеть, основанная на равноправии участников. Это сеть, в которой компьютеры имеют равные права, и каждый из которых имеет уникальное имя и адрес. В оной сети нет единого центра управления, то бишь
– каждая рабочая станция может быть, как клиентом, так и сервером, примерное схематическое отображение связей.
2)
Многоуровневые или иерархические – LAN с централизованным управлением сервера обеспечивает взаимодействия между рабочими станциями, выполняет функции хранения данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту. Клиент обрабатывает полученные данные и предоставляет результаты обработки пользователю. Необходимо отметить, что обработка данных может осуществляться и на сервере.
LAN с централизованным управлением, в которых сервер предназначен только для хранения и выдачи информации по запросам, называются сетями с выделенным файл-сервером. Системы, в которых на сервере наряду с

16 хранением осуществляется и обработка информации, называются системами "клиент-сервер".
2.1.3 Классификация в зависимости от назначения
1)
Частные сети - низкая уязвимость за счёт обособленности и недоступности извне, предназначены для внутреннего обмена информацией;
2)
Информационные системы ограниченного доступа - открытость сети для взаимодействия с внешним миром, имеющие повышенные требования к безопасности;
3)
Информационные центры широкого использования - наличие БД, возможен коммерческий доступ;
4)
Сети передачи данных общего назначения - предоставляют пользователям доступ к стандартным услугам, справка, почта, работа с файлами;
Модернизируемая сеть предназначена для внутрипроизводственного обмена информацией и данными, однако предоставляет доступ и к данным общего назначения, таким образом, сеть относится к частным сетям с элементами сети передачи данных общего назначения.
2.1.4 Классификация в зависимости от информационного размера предприятия
Выделяют 4 группы сетей по информационному размеру:
1)
Рабочие группы – одинаковый перечень ПО и решаемых задач, малая, логическая объединённая группа пользователей;
2)
Сети отделов – большой объем рабочих станций, возможно наличие сервера; 3) Группа кампусов - наличие нескольких групп-сетей отделов, взаимодействие между ними, связь между отделами, находящимися в разных местах, доступ к корпоративным базам данных;

17 4) Корпоративные сети - большое количество различных подсетей и серверов, покрытие больших географических территорий, различные телекоммуникационные средства, используемые для организации сети;
В соответствии со структурой и требованиями к модернизации ЛВС в
«условном» образовательном учреждении можно сделать вывод, что наиболее близкими по структуре, функциям и решаемым задачам являются сети отделов.
2.2 Анализ организации физической среды передачи сигнала
В настоящее время при проектировке сетей используются следующие виды кабелей:
1) Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в пластиковую оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок.
Существует два типа этого кабеля: - неэкранированный UTP; - экранированный STP.
Витая пара является достаточно помехоустойчивой.
Данный кабель отличается небольшой ценой, гибкостью и простатой монтажа. Он является самым распространенным видом кабелей во всех распространенных локальных сетях, построенных по топологии типа “звезда”.
Кабель подключается к сетевым устройствам коннектором RJ45.
Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100
Мбит/с. Сравнение категорий витой пары:
•
CAT1 (частотная полоса - 0,1 МГц) – используется как телефонный кабель. Имеет низкую помехоустойчивость;
•
CAT2 (частотная полоса - 1 МГц) – Скорость передачи данных 4
Мбит/с. Устарели не подходит для современных требований к сети;

18
•
CAT3 (частотная полоса - 16 МГц) – Применяется не только для телефонов но и для локальных сетей. Скорость передачи данных от 10 до 100
Мбит/с. Ограничение на протяженность – 100 метров;
•
CAT4 (частотная полоса - 20 МГц) – Скорость передачи – 16 Мбит/с.
Максимальное расстояние 100 метров;
•
CAT5 (частотная полоса - 100 МГц) – Поддерживает скорость передачи – 100 Мбит/с на расстояние до 100 метров;
•
CAT5е (частотная полоса - 125 МГц) – Усовершенствованная витая пара CAT5. скорость передачи данных до 100 Мбит/с и до 1000 Мбит/с в 4-х парном кабеле. Самый распространенный;
•
CAT6 (частотная полоса - 250 МГц) – Поддерживает скорость передачи до 10 Гбит/с, но протяженность до 55 метров;
•
CAT6а (частотная полоса - 500 МГц) – Скорость до 10 Гбит/с.
Расстояние до 100 метров. Высокая цена;
•
CAT7 (частотная полоса – 600 - 700 МГц) – Поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с на расстояние до 50 метров;
•
CAT7а (частотная полоса – 1000-1200 МГц) – Скорость доходит до
40 Гбит/с на расстоянии до 50 метров и до 100 Гбит/с на расстоянии до 15 метров.
Недостатком витых пар является: подверженность воздействию внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и затухание сигналов.
2) Волоконно- оптический кабель (Оптоволоконный кабель) – состоит из прозрачного стекловолокна и стеклянной или пластиковой оболочки.
Передает световой сигнал на огромные расстояния с высокой скоростью. Это самый современный и дорогостоящий кабель среди аналогов. Применение данного кабеля в локальных сетях ограничено сложностью монтажа и ремонта, а также высокой стоимостью. Обладает высокой устойчивостью к наводкам. Боится резких изгибов (хрупкий). Чаще всего оптоволокно

19 применяется при объединении крупных сегментов сетей, передаче данных на большое расстояние или при предоставлении высокоскоростного доступа к глобальной сети.
Существует 2 типа оптоволоконного кабеля, различающиеся режимами прохождения световых лучей:
Многомодовое оптоволокно - имеет относительно большую светопроводящую сердцевину. Из-за многомодовости происходит размывание формы импульса сигнала. Используется такие волокна для сетей небольшой протяжённости (до 1 км).
Одномодовое оптоволокно используется для связи на расстояния десятки и даже сотни километров. Имеет в отличие от многомода тонкую светопроводящую сердцевину.
За годы развития оптоволоконных технологий были разработаны и используются несколько стандартов таких волокон.
Преимущества и недостатки:
•
Масса и форма кабеля небольшие;
•
Стойкость к химическому влиянию и пожаробезопасность;
•
Высокая скорость;
•
Большие расстояния для передачи данных;
•
Высокая пропускная способность;
•
Надежность (Отсутствие восприятия внешних факторов/помех);
•
Старое волокно со временем мутнеет;
•
Волокно является довольно хрупким материалом;
•
Для преобразования сигнала нужно иметь специальное оборудование, т.к. при разрыве, волокно практически не подлежит ремонту.
Выделяются несколько классификаций:
1) по материалу волокна;
2) по месту прокладки;
3) по условиям прокладки.

20 2.3 Анализ топологий сетей
Топология – это схематическое описание сети, схема на которой приведено расположение сетевых устройств и способ их соединения. Среди топологий существует деление на физическую и логическую топологию, которые независимы друг от друга. Физическая топология — это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных. В большинстве случаем логическая и физическая топологии совпадают, но существуют варианты реализации сетей, при которых топологии могут не совпадать. В данном разделе будет рассмотрена физическая топология сети, которая описывает расположение узлов и способ связи между ними в пространстве.
Шинная топология (Рисунок 2.2) – все компьютеры сети подключены к одному кабелю. Данный кабель используется одновременно всеми компьютерами, тем самым объединяет их. Сообщения, отправляемые этими компьютерами, могут быть приняты и прослушаны любыми компьютерами, подключенными к данной сети. При отправке данных на шину каждый компьютер проводит проверку на адресата, если они посланы ему, то она принимает, если нет, то игнорирует полученные данные.
Рисунок 2.2 - Шинная топология Плюсы:
•
Относительная простота настройки и конфигурации;
•
Система проста в установке и требует минимальных затрат, если все подключаемые устройства находятся на небольшом расстоянии;

21
•
Если любое устройство в данной сети начинает давать сбой, то остальные продолжат работать в прежнем режиме.
Минусы:
•
Если неполадки возникнут в каком-либо месте в шине, то вся сеть полностью выйдет из строя;
•
Увеличение длины шины приводит к затуханию сигнала;
•
Низкая производительность, так как по одной шине может передаваться информация только с одного компьютера;
•
Плохая масштабируемость, из-за необходимости заменить целый участок используемой шины;
•
Сложно найти место поломки.
Кольцевая топология (Рисунок 2.3)– все устройства соединены каналами связи последовательно в неразрывное кольцо, то есть выход одного компьютера должен соединяться с входом другого. Данные передаются последовательно в одном направлении, а каждый компьютер выполняет роль повторителя. Если данные не предназначены для текущего устройства, то они передаются дальше по цепочке, пока не дойдут до получателя. Проблема помех и затухания решается средствами сетевой платы каждого узла.
Рисунок 2.3 - Кольцевая топология
Плюсы:
•
Нет необходимости использовать дополнительное оборудование;
•
Стабильная работа сети; • Достаточно проста в установке.

22
Минусы:
•
Выход из строя хотя бы одного устройства или любая другая поломка приведет к выходу из строя всей системы;
•
Возможно искажение данных при переходе от одного устройства к другому; • При расширении сети придется приостановить её работу на неопределенное время;
•
Время передачи данных зависит от количества устройств, подключенных в сеть;
•
Система сложна в обслуживании;
•
Сложно обнаружить место поломки.
Радиальная топология «Звезда» (Рисунок 2.4)– все компьютеры подключаются на прямую либо через дополнительное оборудование к серверу, который является главным компонентом сети. Сервер управляет движение всех пакетов данных в сети и дает возможность компьютерам «общаться» друг с другом.
Рисунок 2.4 - Топология звезда
Преимущества радиальной топологии
• выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
• отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
• легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

23
• высокая производительность;
• простота настройки и администрирования;
• в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.
Недостатки радиальной топологии:
• выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;
• дополнительные затраты на сетевое оборудование – устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (коммутатор);
• число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.
2.4 Анализ сетевых устройств
Для логической структуризации сети используются следующие устройства:
• мосты;
• коммутаторы;
• маршрутизаторы;
Мост. Передает информацию между сегментами сети только в случае необходимости передачи. Изолирует трафик одной подсети от трафика другой, повышая тем самым производительность сети, а также безопасность сети (злоумышленнику сложнее получить доступ к данным). Мосты используют для локализации трафика аппаратные адреса компьютеров.
Сетевой мост работает на канальном уровне сетевой модели OSI, при получении из сети кадра (пакета) сверяет MAC-адрес назначения (англ. MAC
(Media Access Control) address) последнего и, если он принадлежит данной подсети, передаёт (транслирует) кадр дальше в тот сегмент, которому предназначался данный кадр; если кадр не принадлежит данной подсети, мост ничего не делает. Сети с использованием мостов нужно строить таким

24 образом, чтобы в них не образовывались замкнутые контуры, так как мост достаточно упрощённо представляет деление сети на сегменты
Для корректного перенаправления сигналов/запросов в сетевых мостах присутствует память с протоколами маршрутизации, согласно которым определяется на какой MAC-адрес отправить конкретный кадр. После подтверждения данных кадры инкапсулируются в биты и отправляются в виде сигнала на соответствующие порты.
В случае отсутствия физического адреса в таблице система автоматически включает поиск MAC-адреса в подключенных (активных) сегментах сети.
Существует три вида мостов:
-
Прозрачные мосты объединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровней модели OSI;
-
Транслирующие мосты объединяют сети с различными протоколами канального и физического уровней;
-
Инкапсулирующие мосты соединяют сети с едиными протоколами канального и физического уровня через сети с другими протоколами.
Коммутатор - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.
Отличается от моста, тем что коммутаторы могут определить место назначения данных, что позволяет увеличить пропускную способность сети и снизить количество лишнего трафика. Коммутаторы принято разделять на 4 уровня:
1 уровень - устройство, работающее на физическом уровне, они работают на уровне электрических сигналов – сигнал поступил, сигнал передался. К относятся Hub «хабы», разнообразные рипитеры, повторители.
Такие устройства обычно называют концентраторами.
2 уровень - устройства уровня 2 работают на канальном уровне и выполняют физическую адресацию. Работа на этом уровне выполняется с

25
«фреймами». На этом уровне нет никаких ip-адресов, устройство идентифицирует получателя и отправителя только по MAC-адресу и передает кадры между ними. Такие устройства как правило называют коммутаторами, иногда уточняя, что это «коммутатор уровня 2»
3 уровень: работают на сетевом уровне, который предназначен для определения пути передачи данных, и понимают ip-адреса устройств, определяют кратчайшие маршруты. Устройства этого уровня отвечают за установку разного типа соединений. Эти устройства обычно называют маршрутизаторами, хотя часто говорят и «коммутатор уровня 3»
4 уровень: Устройства уровня 4 отвечают за обеспечение надежности передачи данных. Это «продвинутые» коммутаторы, которые на основании информации из заголовков пакетов понимают принадлежность трафика разным приложениям и могут принимать решения о перенаправлении такого трафика на основании этой информации. Название таких устройств не устоялось, иногда их называют «интеллектуальными коммутаторами», или
«коммутаторами уровня 4».
Маршрутизатор. специализированное устройство, которое пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором. Использует иерархические числовые адреса, что позволяет более эффективно изолировать трафик. Маршрутизаторы могут связывать между собой подсети, использующие разные сетевые технологии.
Может работать в замкнутом контуре и осуществлять выбор маршрута из нескольких возможных, а также имеет огромное количество настроек и может выполнять функции межсетевого экрана.
Мост - Передает информацию между сегментами сети только в случае необходимости передачи. Изолирует трафик одной подсети от трафика